WO2009024133A1 - Kühlvorrichtung und beleuchtungseinrichtung - Google Patents

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WO2009024133A1
WO2009024133A1 PCT/DE2008/001354 DE2008001354W WO2009024133A1 WO 2009024133 A1 WO2009024133 A1 WO 2009024133A1 DE 2008001354 W DE2008001354 W DE 2008001354W WO 2009024133 A1 WO2009024133 A1 WO 2009024133A1
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WO
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heat
channel
cooling device
base body
heat pipe
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PCT/DE2008/001354
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Thomas Reiners
Ralf Vollmer
Peter Frey
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
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    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
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    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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    • F21S45/47—Passive cooling, e.g. using fins, thermal conductive elements or openings
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    • F21V29/763—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades with essentially identical parallel planar fins or blades, e.g. with comb-like cross-section the planes containing the fins or blades having the direction of the light emitting axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • a cooling device for cooling a heat source and a lighting device with a cooling device are specified. Furthermore, a means of transport is provided with such a cooling device or lighting device.
  • At least one object of certain embodiments is to provide a cooling device for cooling a heat source. Furthermore, it is at least one object to provide a lighting device with a cooling device.
  • a cooling device for cooling a heat source comprises, in particular, a base body with a mounting surface provided for the heat source in an assembly region, at least a first channel in the base body, which extends from the mounting region to a first outlet opening on a surface of the base body, one to the the first heat pipe having an inner volume, which is connected to the first channel and a heat transfer medium, which can circulate in operation of the heat source in the at least one first channel and the inner volume of the first heat pipe, so that Heat generated by the heat source during operation can be dissipated from the body.
  • the heat source can here and in the following include a plurality of identical or different heat sources.
  • the heat source can be mounted on the mounting surface of the mounting area.
  • Heat that is to say heat energy which may arise during operation of the heat source, can thus be dissipated to the base body through, for example, direct contact between the heat source and the heat-conducting base body. Since the at least one first channel reaches as far as the mounting region or extends into it and extends from it to the first outlet opening on a surface of the base body, at least in the mounting region and also, for example, over the length of the first channel in the body heat directly from the body the at least one first channel be delivered. Precisely because the at least one first channel reaches or extends into the mounting region, the heat generated by the heat source can be transferred to the heat transfer medium near the heat source.
  • the first channel can extend through the base body away from the mounting area.
  • heat can be transferred to the heat transfer medium in the first channel via a wall bounding the first channel.
  • a transfer of heat from the heat source to the heat transfer medium can thus take place with low thermal resistance in the above-mentioned body, since it may be possible in the body that between the heat source and the heat transfer medium only two interfaces, namely the mounting surface and the first Channel delimiting wall, located.
  • the first channel has a first outlet opening on the surface of the base body and the first heat pipe is connected to the first outlet opening such that the inner volume of the first heat pipe is connected to the first channel, and in that the heat transfer medium during operation of the heat source in the at least one first channel and in the inner volume can circulate, thus, the heat which has passed in the region of the first channel on the heat transfer medium, by means of the circulating heat transfer medium directly, ie without further interfaces, which can increase the thermal resistance in the Inner volume of the heat pipe to be transferred.
  • the heat transfer medium which is located in the inner volume of the heat pipe, heat to theIeitrschreib, the is, for example, on a wall bounding the inner volume, give.
  • the heat transfer medium can get back into the at least one first channel and there again absorb heat from the body, whereby the circulation can come about.
  • the first heat pipe can deliver the heat absorbed to the environment, which preferably has a lower temperature than the mounting region of the body.
  • the main body and the heat pipe can form a closed system, that is to say that the at least one first channel and the inner volume of the heat pipe can form a volume sealed off from the environment.
  • a self-contained heat conductor which may be thermally coupled to the body by a surface contact, thus more effective heat transfer can be made possible with reduced thermal resistance.
  • the heat source in certain embodiments can not be mounted on any cooling system, such as when the heat source comprises an electronic component requiring electrical connections and mechanical mountability, it can be avoided that by attaching the heat source to a suitable support and thermal connection of the suitable support to a cooling system, the thermal resistance between the heat source and the cooling system is unnecessarily increased.
  • the base body may have a second channel, which extends from the mounting area to a second outlet opening on a surface of the base body.
  • the first heat pipe can additionally be connected to the second outlet opening of the second channel be such that the inner volume of the first heat pipe may be connected to the second channel.
  • the heat transfer medium may additionally circulate in or through the second channel.
  • the first channel, the second channel and the inner volume of the planteIeitrschreibs form a coherent, closed volume.
  • the heat pipe may extend from the first outlet to the second outlet.
  • first channel and the second channel in the mounting region or at least close to the mounting region may be connected to each other, so that together with the inner volume of the heat pipe, a closed, for example, annular volume can be formed, in which the heat transfer medium can circulate.
  • the heat transfer medium can carry away heat, for example, via the first channel, while heat transfer medium, which has given off heat to the heat pipe in the interior volume, can return to the assembly area via the second channel.
  • the heat transfer medium may carry heat away from the mounting area in parallel via the first and second channels and, after releasing heat to the heat pipe, return to the mounting area via the same channels.
  • the main body may have a third channel which extends from the mounting area to a third outlet opening on a surface of the base body and for the first heat conduction pipe to be additionally connected to the third outlet opening of the third channel, so that the inner volume of the first shallleitrohrs be connected to the third channel can.
  • the first and / or second and / or third channel can be connected to one another in the assembly area or at least near the mounting area, so that the volume formed by the first, second and third channels and the internal volume can be understood as two closed, for example annular, volumes , which may be connected to each other via one of the first, second and third channels, for example.
  • the heat transfer medium can carry away heat, for example, via the first channel, while heat transfer medium, which has given off heat to the heat pipe in the interior volume, can return to the assembly area via the second and third channels.
  • the heat transfer medium can transport heat out of the mounting area in parallel via the first and second channels and, after releasing heat, return to the heat pipe and the surroundings surrounding the heat pipe via the third channel to the mounting area.
  • the heat transfer medium can carry heat out of the mounting area in parallel via the first, second and third channels and, after releasing heat to the heat pipe, return to the mounting area via the same channels.
  • a channel in the main body can have any cross-section and course in the main body, wherein a channel can preferably extend rectilinearly from the mounting area to its outlet opening.
  • the respective outlet opening of the described channels can be arranged, for example, on a side surface of the base body adjacent to the mounting surface or on a side surface not facing the mounting surface or on a rear side surface of the base body facing away from the mounting surface.
  • the main body in connection with the first heat pipe may in particular be thermally conductive, so that in a first subregion of the volume formed by the at least one first channel and the inner volume of the first heat pipe in or near the mounting area heat is transferred from the heat source to the heat transfer medium as described above becomes.
  • the heat transfer medium in the first subarea can at least partially pass from a first state to a second state.
  • the first and second state may differ, for example, by different densities, wherein the heat transfer medium in the second state, ie after the absorption of heat from the heat source, a lower density than in the first state, ie before the absorption of heat may have.
  • a flow caused by convection can transport the heat transfer medium in the second state in the direction of a second subregion of the volume formed by the at least one first channel and the inner volume of the first heat pipe, wherein the second subregion may be in the first heat pipe, for example, at least in the second subregion may have a lower temperature than the mounting region of the base body.
  • the heat transfer medium can thus give off heat to the first heat conduction pipe and again pass into a state of higher density, for example the first state, and flow back to the first subregion.
  • the flow may be effected and / or assisted, for example, by external forces, in particular by gravity, or also as a forced flow, such as by a pump.
  • the heat transfer medium can be present in liquid or gaseous phase and circulate without phase transition, ie without changing the state of aggregation, in the at least one first channel and the inner volume of the first heat pipe.
  • the heat transfer medium in a supercritical state that is, in a mixed state of liquid and gaseous phase, in which a liquid can not be distinguished from a gaseous phase, be present.
  • the first and the second state may be, for example, different states of aggregation.
  • the first state may comprise a solid and / or a liquid phase and the second state a vapor phase.
  • the heat transfer medium in the first subregion can sublimate and / or vaporize by absorbing heat from the heat source and thus be able to effect at least one phase transition during the circulation in the at least one first channel and the inner volume.
  • the heat transfer medium may have a first vapor pressure in the first subregion.
  • the first state may also comprise a vapor phase, in which case the density of the second state may preferably be lower than the density of the vapor phase of the first state.
  • At least a part of the heat transfer medium, which is in the second state after receiving heat in the first subregion, can then move to the second subregion, which is preferably arranged at a second end of the heat conduction tube, for example through Convection.
  • the heat transfer medium can change from the second state by the release of heat back into the first state, that is, for example, condense or resublimate.
  • the heat transfer medium in the second subregion may also be possible for the heat transfer medium in the second subregion to have a second vapor pressure which is lower than the first vapor pressure.
  • the heat released by the transition of the heat transfer medium can then be released from the second subregion to the environment, in particular to a heat sink, for example the heat sink.
  • the previously described functional principle may require that the first subarea has a higher temperature than the second subarea.
  • the heat transfer medium in the first state in the second subregion can then be transported back into the first subregion, for example, by the action of one or more forces, for example by gravity and / or by capillary forces.
  • network structures, sintered structures, grooves or channels or combinations thereof which are arranged in the inner volume or the inner volume in the first heat pipe and / or in the at least one first channel, may be suitable for transferring the heat transfer medium from the second partial area into the first partial area via capillary forces to transport.
  • the first heat pipe is arranged in the direction of gravity above the mounting area.
  • This may mean that the at least one first channel leads from the mounting area counter to the direction of gravity to the first outlet opening.
  • the direction of gravity is Usually directed in the direction perpendicular to the earth's surface. Contrary to the direction of gravity, it may mean, in particular, that the mounting region of the base body is mounted closer to the earth's surface along the direction of gravity, ie lower than the first outlet opening of the at least one first channel.
  • the at least one first channel with the direction of gravity may include an angle of less than 90 °, preferably less than or equal to 45 °, or may be parallel to the direction of gravity.
  • the same can also apply to the second and / or third channel and the respective outlet openings.
  • the first heat pipe which can conduct heat together with the at least one first channel according to at least one of the aforementioned principles, can form or be a thermosiphon or particularly preferably a so-called "heat pipe.” This allows heat to be generated without additional energy expenditure economical way efficiently be passed from the mounting area of the body via the first heat pipe to the environment.
  • the heat transfer medium may preferably comprise water.
  • the heat transfer medium may comprise ethane, propane, butane, pentane, propene, methylamine, ammonia, methanol, ethanol, methylbenzene, acetone and / or carbon dioxide or a mixture or combination thereof.
  • the heat transfer medium may include water and an antifreeze, for example, an alcohol, so that the cooling device may have heat transfer medium in liquid phase even below the freezing point of water.
  • a lower pressure than the ambient air pressure prevail.
  • a higher pressure than the ambient air pressure prevail in the internal volume.
  • the first heat pipe may be connected to the body by means of a releasable attachment.
  • a releasable attachment may be in particular a mechanical fastening such as screws, sockets, flanges, clamps or a combination thereof.
  • the first heat pipe can be connected to the main body by means of a difficult to release after mounting or unsolvable under normal conditions fastening such as soldering, welding, gluing or a combination thereof.
  • the first heat pipe may be connected to the body also by means of a combination of two or more of the aforementioned types of attachment, so a combination of mating, terminals, flanges, soldering, welding, gluing and / or screws.
  • connection connection thus formed between the first heat pipe and the main body can effect a sealed connection of the first heat pipe to the main body, so that a closed volume can be achieved in the main body and the first heat pipe as described above.
  • the first gaugeleitrschreib may have an elongated, rod-shaped or even additional branches.
  • the first heat pipe may have a circular cross-section or alternatively or additionally also an elliptical or an n-shaped cross section, where n may be an integer greater than or equal to 3.
  • a heat pipe may have a stretched shape or even a bent at least in some areas form.
  • the first heat pipe may be connected to the base body in such a way that the base body is movable relative to the first heat pipe.
  • the base body can be displaceably mounted and / or rotatable or pivotable, while the first heat pipe can be mounted rigidly and immovably.
  • the first heat-conducting tube or the base body can be designed to be flexible, for example in the region of at least one connection opening, for example in the form of a flexible hose or bellows.
  • the cooling device may have a heat sink, which may be in thermal contact with the first heat pipe.
  • the heat sink may preferably have grooves, cooling fins, slats and / or fins.
  • a heat conduction tube can also have a wall with at least one of the surfaces enlarging structures, whereby an additional Heat sink can be dispensable.
  • the first heat pipe may, for example, have a material with high thermal conductivity, in particular copper or aluminum.
  • a surface-enlarging structure which can be arranged on the outside and / or on the inside, that is to say the interior volume, can be produced, for example, by cold-rolling the first heat-conducting tube, resulting in low production costs and a low weight for the first heat-conducting tube can result.
  • the cooling device comprises a plurality of heat pipes.
  • the cooling device can have at least one second heat pipe.
  • the second heat pipe may have one or more of the features mentioned in connection with the first heat pipe.
  • the base body may have at least one further channel with a further outlet opening, for example a second channel with a second outlet opening, to which the second heat pipe is connected such that the inner volume of the second heat pipe is connected to the further channel.
  • the second heat pipe may be connected together with the first heat pipe, for example, at the first outlet opening of the at least one first channel.
  • the main body may for example have a survey in the assembly area. This may mean that the base body is flat outside the mounting area or at least has a surface from which protrudes the mounting surface.
  • the mounting region may have a depression, so that the mounting surface can be arranged in an opening or depression of the base body. Arrangements of this type can have a favorable effect on the heat conduction from the heat source to the heat transfer medium, since, for example, the at least one first channel in the assembly area can be brought close to the mounting surface or the heat emitted by the heat source to the main body can be directed to the first channel can be directed.
  • the base body may for example comprise or be made of a material with high thermal conductivity, for example a metal such as copper or aluminum or a combination or an alloy thereof.
  • the mounting area can have electrical and / or mechanical connections or connection possibilities for the heat source.
  • Mechanical connections may comprise, for example, clamping connections, plug-in connections, screws, screw threads, adhesive areas or pads, soldering areas or pads or combinations thereof.
  • Electrical connections may include, for example, wirebond pads, solder pads, adhesive pads for electrically conductive adhesive, electrical plug or clamp connections, or combinations thereof.
  • the mounting area and in particular the mounting surface may be suitable for mechanically and thus thermally connect or couple the heat source to the base body.
  • An electrical connection of the heat source can furthermore be made possible, for example, by electrical connecting lines which are arranged beside or around the mounting area.
  • a circuit board such as a so-called PCB ("printed circuit board ") may be arranged, which may have electrical leads and connection options for the heat source.
  • a lighting device in particular comprises a cooling device according to at least one of the above-mentioned embodiments and a heat source comprising an electronic component.
  • an electronic component may in particular have a high thermal power loss.
  • the electronic component may comprise power electronics with high heat development and / or an optoelectronic component.
  • the electronic component may comprise or be a radiation-emitting component or a plurality thereof, wherein the radiation-emitting component may comprise, for example, a radiation-emitting semiconductor layer sequence.
  • An optoelectronic component can in particular have an optoelectronic light-emitting diode (LED) or a plurality of LEDs, for example a so-called LED stack or an LED array.
  • LED optoelectronic light-emitting diode
  • the thermal management can have a major impact on the photometry, so the radiation performance, so that the use of LEDs in a lighting device may require an effective cooling device as described above.
  • the cooling device it is possible to make possible a base body with a small overall depth, in which the first heat pipe can be arranged laterally to the mounting surface, in particular as described above above the mounting region.
  • a lighting device with efficient cooling and small size can be achieved with flexible arrangement of the first heat pipe relative to the main body.
  • the cooling device or the lighting device may be part of a lighting module in a means of transport, such as a headlight in an automobile, rail vehicle, watercraft, bicycle or airplane.
  • the mounting position of the cooling device or the lighting device with respect to the direction of gravity can be clearly defined, so that a permanent arrangement of the first heat pipe over the mounting region of the body with respect to the direction of gravity as described above can be ensured.
  • the at least one first channel can also extend from the mounting area counter to the direction of gravity to the first outlet opening.
  • Figures IA and IB are schematic representations of a
  • Cooling device with a heat source according to a
  • FIG. IC is a schematic representation of a cooling device with a heat source according to another
  • Figures 2A and 2B are schematic representations of a
  • FIG. 3 is a schematic representation of a base body with a heat source according to another
  • Figure 4 is a schematic representation of a
  • FIG. 5 is a schematic representation of a cooling device with a heat source according to another
  • Embodiment and Figure 6 is a schematic representation of a means of transport with a lighting device according to another
  • identical or identically acting components may each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are basically not to be regarded as true to scale, but individual elements, such as layers, components, components and areas, for better representability and / or better understanding exaggerated thick or large dimensions.
  • FIGS. 1A and 1B show a cooling device 1000 according to one exemplary embodiment.
  • the cooling device is shown rotated by 90 ° about a vertical axis in the plane of the drawing.
  • the following description refers equally to the representations of both figures.
  • the cooling device 1000 has a main body 1, on which a heat source 100 is arranged.
  • the heat source 100 is on a mounting surface 11 in an assembly area 12 mounted on the base body 1.
  • the heat source 100 may be an active heat source such as an electronic device that generates waste heat during operation, the nature of the heat source 100 is not a limitation of the cooling device 1000 or its operation.
  • the main body is in the illustrated embodiment of a metal having a high thermal conductivity, such as aluminum or copper or a mixture or alloy thereof.
  • the base body 1 has a first channel 31, which opens from the mounting area 12 into a first outlet opening 41 on a surface 13.
  • the first channel 31 extends from the first outlet opening 41 in the interior of the main body 1 and is therefore indicated by dashed lines.
  • the surface 13 is in the embodiment shown, a side surface of the base body 1, which is not directly adjacent to the mounting surface 11.
  • the first channel 31 can also open into a first outlet opening 41, which is arranged on the rear side of the main body 1 facing away from the mounting surface 11 or also directly adjacent to the mounting surface 11.
  • a first is connected at the first outlet opening 41.
  • the first heat pipe 2 in this case has a wall which defines an inner volume 21 and surrounds and is designed such that the base body 1 and the first heat pipe 2 by connecting to one another by the first channel 31 and the inner volume 21 formed closed volume.
  • the connection of the first heat pipe 31 to the main body can be carried out for example by soldering, flanging, screwing or one of the other connection options described in the general part.
  • the heat transfer medium 5 has water in the illustrated embodiment, and thus exists as a liquid in a wide temperature range.
  • the temperature range can be adjusted by suitable additives and, for example, an adjustment of the internal pressure in the inner volume 21 and in the first channel 31.
  • heat transferred from the heat source 100 to the base body 1 can be transmitted further to the first channel 31 and thus to the heat transfer medium 5 in the first channel 31, so that the heat transfer medium 5 in the first channel 31 can be heated at least in or near the mounting area 11.
  • the heat transfer medium 5 can circulate in the inner volume 21 and the first channel 31, so that, for example, caused by a convection or evaporation of the heat transfer medium 5 Flow 901, the heated heat transfer medium 5 can flow in the direction of the first heat pipe 2.
  • the first heat pipe 5 is in contact with a heat reservoir (not shown), which preferably has a lower temperature than the mounting portion 12 of the body.
  • the heat reservoir can be formed for example by the ambient air, a heat sink or an active cooling such as a fan, the nature of the heat reservoir is not restrictive for the cooling device 1000 or to understand its operation.
  • the heat transfer medium 5 can release the heat absorbed in the first channel 31 again and, as indicated by the arrow 902, back flow back in the direction of the mounting area.
  • the heat generated by the heat source 100 in operation can thus be derived from the base body 1.
  • Heat transfer medium 5 which comes about through the absorption and release of heat as described above, thus an effective and space-saving cooling of the heat source 100 can take place. Characterized in that the heat transfer medium 5 can be coupled by means of the first channel 31 in the base body 1 itself directly and without further intermediate components or walls thermally to the mounting portion 12, an excellent cooling performance can be made possible.
  • the inner volume 21 and / or the first channel 31 suitable for this Have structures such as lamellae or capillaries, as described in the general part.
  • FIG. 1C shows a cooling device 1001 in accordance with a further exemplary embodiment, which has two heat pipes 2, 7 as a modification with respect to the previous exemplary embodiment.
  • the first heat pipe 2 is connected in the previous embodiment to the first outlet opening 41 of the first channel 31.
  • the main body 1 of the cooling device 1001 has a further, second channel 32 with an outlet opening 42, to which a second heat pipe 7 having an internal volume 71 is connected.
  • the second channel 32 extends into the mounting region 12 of the main body 1, whereby an effective thermal coupling to the heat source 100 can also be made possible for the heat transfer medium 5 in the second channel 32 and in the internal volume 71 of the second heat conducting tube 7.
  • the two Ieitrschreibe 2 and 7 can thereby derive heat from the mounting area 12 to the environment according to the same or different operating principles and be provided for the same or different temperature ranges.
  • the first and second channels 31, 32 are designed to be separated from one another.
  • the first and second channel 31, 32 may be connected to each other in the assembly area.
  • the description of the cooling devices of the following embodiments is limited to the illustration of the respective differences from the embodiments already shown.
  • FIGS. 2A and 2B show an exemplary embodiment of a lighting device 1002 with a cooling device in a front and a side view.
  • the cooling device of the illumination device 1002 comprises a main body 1 which has a mounting region 12 with a mounting surface 11 designed as a base or elevation.
  • the main body 1 has a first and a second channel 31, 32 which open from the mounting area 12 to a surface 13 formed as a side surface in each case in a first and second outlet openings 41 and 42 and which are interconnected.
  • a first heat pipe 2 is connected to an inner volume 21, so that forms through the channels 31 and 32 and the inner volume 21, a closed, annular volume in which a heat transfer medium 5 is located.
  • the outlet openings 41, 42 may alternatively be arranged on different surfaces or surface areas of the main body 1.
  • the first heat pipe 2 has a surface-increasing structure 6 in the form of cooling fins, which facilitate a discharge of heat from the first heat pipe 2 to the environment.
  • the cooling fins 6 may be mounted on the first heat pipe 2 or be embossed for example in the wall of the first heat pipe 2, for example by a cold rolling process.
  • Such a heat pipe can allow low manufacturing costs and low weight.
  • a light emitting diode (LED) array 100 is mounted, which can radiate away from the base body 1 in operation light and thereby generates waste heat, so that the LED array 100 forms the heat source in the illustrated embodiment.
  • the waste heat can be conducted via the sock-shaped mounting region 12 to the first and second channels 31, 32, which extend to the mounting region 12.
  • the mounting region 12 By executing the mounting region 12 as a base or as an elevation, it is possible to form the so-called “emergency spot" directly behind the LED array 100, that is to say the area in the illumination device 1002 with the highest temperature during operation of the LED array. Arrays 100. Since the first and second channels 31, 32 directly extend to the mounting area 12, an effective and effective thermal coupling of the heat transfer medium 5 can thus be achieved.
  • the illustrated embodiment with side-by-side contiguous first and second channels 31 and 32 is particularly suited to a mode of operation in which the heat transfer medium 5 undergoes a phase change during circulation as described in the general part.
  • the circulation of the heat transfer medium 5 can be supported by the action of gravity and thus the heat conduction or cooling capacity of the cooling device can be optimized.
  • FIG. 6 such an arrangement of the illumination device 1002 can be permanently ensured, for example, in a means of transport 500, here schematically indicated by an automobile.
  • the illumination device 1002 is installed in the automobile 500 in such a way that at least the first channel 31 and preferably the first and second channels 31, 32 extend from the mounting region 12 against the direction of gravity 900 to the first outlet opening 41 or to the first and second outlet openings 41, 42. Furthermore, as can easily be seen, a small depth and thus a small footprint for the lighting device 1002 can be achieved. Specifically, the use of a cold-rolled heat pipe allows a high variability of the shape of the heat pipe, an adaptation of the
  • Cooling device geometry allows for possible space requirements of a lighting device. This can be advantageous, in particular in the case of small production quantities, in contrast to conventional die-cast heat sinks, which require a complex tool change.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a base body 1 for a cooling device or illumination device, for example from the preceding exemplary embodiments.
  • the base body 1 is made of aluminum and is designed as a flat cylinder, which allows a space-saving installation. At least one first channel 31 with a first outlet opening 41 is provided in a surface 13 designed as a cylinder jacket surface. On a mounting portion 12 is mounted as a heat source 100, an LED or an LED array with an attached lens above.
  • the mounting area 12 allows optimal thermal connection of the heat source 100 to the main body 1.
  • a printed circuit board 101 is attached to the mounting area 12, which provides electrical connection options and leads.
  • FIG. 4 shows a lighting device 1004 with a cooling device, in which the main body 1 in addition to the first and second channel
  • the first, second and third channels 31, 32 has a third channel 33 which extends from the mounting area 12 to a third outlet opening 43 in the surface 13.
  • the first heat pipe 2 is connected to all three outlet openings 41, 42, 43, so that the inner volume 21 of the first heat pipe 2 is connected to all three channels 31, 32, 33 in the manner shown.
  • the enclosed volume formed thereby is designed as two annular, contiguous and intermeshing annular volumes.
  • Such a design of the cooling device is particularly suitable for a heat transfer medium 5, which does not undergo a phase change but, for example, always present in the liquid or gaseous phase.
  • Heat transfer medium 5 passes through the first channel 31 by convection in the first heat pipe 2 (arrow 901) and there heat to the first Release heat pipe 2 and flow in the direction of the second and third channels 32, 33 (arrows 902).
  • the heat transfer medium 5 can flow back to the mounting area 12 (arrows 903) and thus circulate in the channels 31, 32, 33 and the interior volume 21.
  • cooling fins 6 or alternative or other surfaces-increasing structures as described in the general part can be facilitated and improved in this embodiment, the delivery of heat from the first heat pipe 2 to the environment.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a cooling device 1005.
  • the cooling device 1005 has a flexible and movable connection 20 of the first heat pipe 2 on the main body 1, for example through a hose or a metal bellows.
  • the base body 1 for example, englang the pivoting direction 910 relative to the first heat pipe 2 to be movable and pivotable.
  • the first heat pipe 2 can be rigidly mounted or fixed without the cooling capacity of the cooling device 1005 or the mobility of the base body 1 is reduced or restricted.
  • the cooling device or the lighting device may additionally comprise, for example, housing or housing parts, wherein the one or more heat pipes can be arranged both inside and outside of such a housing or housing part, without the cooling performance of the cooling device is impaired.
  • the cooling devices and lighting devices shown in the embodiments may comprise more than the number of heat pipes shown.
  • the cherriesIeitrschreibe shown in the embodiments may be bent in addition to the stretched or slightly curved design, for example, in several directions, be twisted or twisted.

Abstract

Eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle (100), umfasst einen Grundkörper (1) mit einer für die Wärmequelle (100) vorgesehenen Montagefläche (11) in einem Montagebereich (12), zumindest einen ersten Kanal (31) im Grundkörper (1), der vom Montagebereich (12) bis zu einer ersten Austrittsöffnung (41) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht, ein an die erste Austrittsöffnung (4) des ersten Kanals (3) angeschlossenes erstes Wärmeleitrohr (2), wobei das erste Wärmeleitrohr (2) ein Innenvolumen (21) aufweist, das mit dem ersten Kanal (3) verbunden ist und ein Wärmeübertragungsmedium (5), das bei Betrieb der Wärmequelle (100) in dem zumindest einen ersten Kanal (3) und dem Innenvolumen (21) des ersten Wärmeleitrohrs (2) zirkulieren kann, so dass von der Wärmequelle (100) im Betrieb erzeugte Wärme aus dem Grundkörper (1) abgeleitet werden kann. Eine Beleuchtungseinrichtung weist eine solche Kühlvorrichtung auf.

Description

Kühlvorrichtung und Beleuchtungseinrichtung
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2007 0387 911.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Es wird eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle und eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Kühlvorrichtung angegeben. Weiterhin wird ein Verkehrsmittel mit einer derartigen Kühlvorrichtung oder Beleuchtungseinrichtung angegeben .
Beispielsweise in Automobilen müssen die verwendeten elektronischen Komponenten bei den für Automobile üblichen hohen Temperaturen arbeiten können. Daher kommen beispielsweise aktive Kühlungen mit forcierter Kühlluft, etwa Lüfter, zum Einsatz. Jedoch kann es gerade bei Verkehrsmitteln, wie Automobilen auch erforderlich sein, dass Anforderungen hinsichtlich eines möglichst geringen Platzbedarfs und Gewichts Rechnung getragen werden muss.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle anzugeben. Weiterhin ist es zumindest eine Aufgabe, eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Kühlvorrichtung anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst insbesondere einen Grundkörper mit einer für die Wärmequelle vorgesehenen Montagefläche in einem Montagebereich, zumindest einen ersten Kanal im Grundkörper, der vom Montagebereich bis zu einer ersten Austrittsöffnung an einer Oberfläche des Grundkörpers reicht, ein an die erste Austrittsöffnung des ersten Kanals angeschlossenes erstes WärmeIeitröhr, wobei das erste Wärmeleitrohr ein Innenvolumen aufweist, das mit dem ersten Kanal verbunden ist und ein Wärmeübertragungsmedium, das bei Betrieb der Wärmequelle in dem zumindest einen ersten Kanal und dem Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs zirkulieren kann, so dass von der Wärmequelle im Betrieb erzeugte Wärme aus dem Grundkörper abgeleitet werden kann.
Die Wärmequelle kann dabei hier und im folgenden auch eine Mehrzahl von gleichartigen oder verschiedenen Wärmequellen umfassen. Die Wärmequelle kann dabei auf der Montagefläche des Montagebereichs montiert sein. Wärme, das heißt Wärmeenergie, die im Betrieb der Wärmequelle entstehen kann, kann somit durch den beispielsweise unmittelbaren Kontakt zwischen der Wärmequelle und dem Wärme leitenden Grundkörper auf den Grundkörper abgeleitet werden. Da der zumindest eine erste Kanal bis an den Montagebereich heranreicht oder in diesen hineinreicht und von diesem bis zur ersten Austrittsöffnung an einer Oberfläche des Grundkörpers reicht, kann zumindest im Montagebereich und weiterhin beispielsweise auch über die Länge des ersten Kanals im Grundkörper Wärme vom Grundkörper direkt in den zumindest einen ersten Kanal abgegeben werden. Gerade dadurch, dass der zumindest eine erste Kanal bis an den Montagebereich heranreicht oder in diesen hineinreicht, kann die von der Wärmequelle erzeugte Wärme nahe der Wärmequelle auf das Wärmeübertragungsmedium übergehen.
Der erste Kanal kann sich dabei durch den Grundkörper vom Montagebereich weg erstrecken. Dabei kann im ersten Kanal über eine den ersten Kanal begrenzende Wand Wärme auf das Wärmeübertragungsmedium übertragen werden. Eine Übertragung von Wärme von der Wärmequelle auf das Wärmeübertragungsmedium kann bei dem oben angegebenen Grundkörper somit mit geringem Wärmewiderstand stattfinden, da es bei dem Grundkörper möglich sein kann, dass sich zwischen der Wärmequelle und dem Wärmeübertragungsmedium nur zwei Grenzflächen, nämlich die Montagefläche und die den ersten Kanal begrenzende Wand, befinden.
Dadurch, dass der erste Kanal eine erste Austrittsöffnung an der Oberfläche des Grundkörpers aufweist und das erste Wärmeleitrohr an der ersten Austrittsöffnung derart angeschlossen ist, dass das Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs mit dem ersten Kanal verbunden ist, und dadurch, dass das Wärmeübertragungsmedium bei Betrieb der Wärmequelle in dem zumindest einen ersten Kanal und in dem Innenvolumen zirkulieren kann, kann somit die Wärme, die im Bereich des ersten Kanals auf das Wärmeübertragungsmedium übergegangen ist, mittels des zirkulierenden Wärmeübertragungsmediums unmittelbar, das heißt ohne weitere Grenzflächen, die den Wärmewiderstand erhöhen können, in das Innenvolumen des Wärmeleitrohrs übertragen werden. Das Wärmeübertragungsmedium, das sich im Innenvolumen des Wärmeleitrohrs befindet, kann Wärme an das WärmeIeitröhr, das heißt, beispielsweise an eine das Innenvolumen begrenzende Wandung, abgeben. Nach Abgabe der Wärme an das Wärmeleitrohr, das wiederum die Wärme an die Umgebung abgeben kann, kann das Wärmeübertragungsmedium wieder zurück in den zumindest einen ersten Kanal gelangen und dort wiederum Wärme vom Grundkörper aufnehmen, wodurch die Zirkulation zustande kommen kann. Das erste Wärmeleitrohr kann dabei die aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeben, die vorzugsweise eine niedrigere Temperatur als der Montagebereich des Grundkörpers aufweist.
Der Grundkörper und,das Wärmeleitrohr können dabei ein geschlossenes System bilden, das heißt, dass der zumindest eine erste Kanal und das Innenvolumen des Wärmeleitrohrs ein gegenüber der Umgebung abgeschlossenes Volumen bilden können. Im Vergleich zu einem in sich abgeschlossenen Wärmeleiter, der an den Grundkörper durch einen Oberflächenkontakt thermisch angekoppelt sein kann, kann somit ein effektiverer Wärmetransport mit verringertem Wärmewiderstand ermöglicht werden. Da die Wärmequelle bei bestimmten Ausführungsformen nicht auf einem beliebigen Kühlsystem montiert werden kann, etwa wenn die Wärmequelle ein elektronisches Bauelement umfasst, das elektrische Anschlüsse sowie eine mechanische Montierbarkeit erfordert, kann vermieden werden, dass durch Anbringung der Wärmequelle auf einem geeigneten Träger und thermischen Anschluss des geeigneten Trägers an ein Kühlsystem der Wärmewiderstand zwischen der Wärmequelle und dem Kühlsystem unnötig erhöht wird.
Weiterhin kann es möglich sein, dass der Grundkörper einen zweiten Kanal aufweist, der vom Montagebereich bis zu einer zweiten Austrittsöffnung an einer Oberfläche des Grundkörpers reicht. Das erste Wärmeleitrohr kann dabei zusätzlich an der zweiten Austrittsöffnung des zweiten Kanals angeschlossen sein, so dass das Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs mit dem zweiten Kanal verbunden sein kann. Dadurch kann es möglich sein, dass das Wärmeübertragungsmedium zusätzlich im beziehungsweise durch den zweiten Kanal zirkulieren kann. Dabei können der erste Kanal, der zweite Kanal und das Innenvolumen des WärmeIeitröhrs ein zusammenhängendes, abgeschlossenes Volumen bilden. Das Wärmeleitrohr kann sich dabei von der ersten Austrittsöffnung bis zur zweiten Austrittsöffnung erstrecken.
Weiterhin können der erste Kanal und der zweite Kanal im Montagebereich oder zumindest nahe des Montagebereichs miteinander verbunden sein, so dass zusammen mit dem Innenvolumen des Wärmeleitrohrs ein geschlossenes, beispielsweise ringförmiges Volumen gebildet werden kann, in dem das Wärmeübertragungsmedium zirkulieren kann. Dabei kann das Wärmeübertragungsmedium beispielsweise über den ersten Kanal Wärme abtransportieren, während über den zweiten Kanal Wärmeübertragungsmedium, das im Innenvolumen Wärme an das Wärmeleitrohr abgegeben hat, zurück zum Montagebereich gelangen kann. Alternativ kann das Wärmeübertragungsmedium parallel über den ersten und zweiten Kanal Wärme aus dem Montagebereich abtransportieren und nach Abgabe von Wärme auf das Wärmeleitrohr über dieselben Kanäle zum Montagebereich zurückgelangen .
Weiterhin kann es möglich sein, dass der Grundkörper einen dritten Kanal aufweist, der vom Montagebereich bis zu einer dritten Austrittsöffnung an einer Oberfläche des Grundkörpers reicht und dass das erste Wärmeleitrohr zusätzlich an der dritten Austrittsöffnung des dritten Kanals angeschlossen ist, so dass das Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs mit dem dritten Kanal verbunden sein kann. Der erste und/oder zweite und/oder dritte Kanal können dabei im Montagebereich oder zumindest nahe des Montagebereichs miteinander verbunden sein, so dass das durch den ersten, zweiten und dritten Kanal und das Innenvolumen gebildete Volumen als zwei geschlossene, beispielsweise ringförmige Volumina verstanden werden kann, die beispielsweise über einen der ersten, zweiten und dritten Kanäle miteinander verbunden sein können. Dabei kann das Wärmeübertragungsmedium beispielsweise über den ersten Kanal Wärme abtransportieren, während über den zweiten und dritten Kanal Wärmeübertragungsmedium, das im Innenvolumen Wärme an das Wärmeleitrohr abgegeben hat, zurück zum Montagebereich gelangen kann. Alternativ kann das Wärmeübertragungsmedium parallel über den ersten und zweiten Kanal Wärme aus dem Montagebereich abtransportieren und nach Abgabe von Wärme auf das Wärmeleitrohr und die das Wärmeleitrohr umgebende Umgebung über den dritten Kanal zum Montagebereich zurückgelangen. Alternativ kann das Wärmeübertragungsmedium parallel über den ersten, zweiten und dritten Kanal Wärme aus dem Montagebereich abtransportieren und nach Abgabe von Wärme auf das WärmeIeitröhr über dieselben Kanäle zum Montagebereich zurückgelangen.
Ein Kanal im Grundkörper kann dabei einen beliebigen Querschnitt und Verlauf im Grundkörper aufweisen, wobei ein Kanal bevorzugt geradlinig vom Montagebereich zu seiner Austrittsöffnung reichen kann. Die jeweilige Austrittsöffnung der beschriebenen Kanäle kann dabei beispielsweise an einer zur Montagefläche benachbarten Seitenfläche des Grundkörpers oder an einer nicht an die Montagefläche angrenzende Seitenfläche oder einer der Montagefläche abgewandt angeordneten Rückseitenfläche des Grundkörpers angeordnet sein. Der Grundkörper in Verbindung mit dem ersten Wärmeleitrohr kann insbesondere wärmeleitfähig sein, so dass in einem ersten Teilbereich des durch den zumindest einen ersten Kanal und das Innenvolumen des ersten WärmeIeitröhrs gebildeten Volumen im oder nahe des Montagebereichs Wärme wie oben beschrieben von der Wärmequelle auf das Wärmeübertragungsmedium abgegeben wird. Dabei kann das Wärmeübertragungsmedium im ersten Teilbereich zumindest teilweise von einem ersten Zustand in einen zweiten Zustand übergehen. Der erste und zweite Zustand können sich dabei beispielsweise durch jeweils verschiedene Dichten unterscheiden, wobei das Wärmeübertragungsmedium im zweiten Zustand, also nach der Aufnahme von Wärme von der Wärmequelle, eine geringere Dichte als im ersten Zustand, also vor Aufnahme von Wärme, aufweisen kann. Dadurch kann eine durch Konvektion bedingte Strömung das Wärmeübertragungsmedium im zweiten Zustand in Richtung eines zweiten Teilbereichs des durch den zumindest einen ersten Kanal und das Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs gebildeten Volumen transportieren, wobei der zweite Teilbereich beispielsweise im ersten Wärmeleitrohr liegen kann, das zumindest im zweiten Teilbereich eine geringere Temperatur als der Montagebereich des Grundkörpers aufweisen kann. Im zweiten Teilbereich kann das Wärmeübertragungsmedium somit Wärme an das erste Wärmeleitrohr abgeben und wieder in einen Zustand höherer Dichte, beispielsweise den ersten Zustand, übergehen und zum ersten Teilbereich zurückströmen. Die Strömung kann beispielsweise durch äußere Kräfte, insbesondere durch die Schwerkraft oder auch als eine forcierte Strömung wie etwa durch eine Pumpe hervorgerufen, bewirkt und/oder unterstützt werden. Für eine derartige Wärmeleitung durch das Wärme- übertragungsmedium kann das Wärmeübertragungsmedium in flüssiger oder gasförmiger Phase vorliegen und ohne Phasenübergang, also ohne Änderung des Aggregatszustandes, in dem zumindest einen ersten Kanal und dem Innenvolumen des ersten Wärmeleitrohrs zirkulieren. Weiterhin kann das Wärmeübertragungsmedium in einem überkritischen Zustand, das heißt in einem Mischzustand aus flüssiger und gasförmiger Phase, bei dem eine flüssige von einer gasförmigen Phase nicht mehr unterschieden werden kann, vorliegen.
Weiterhin können der erste und der zweite Zustand beispielsweise unterschiedliche Aggregatszustände sein. Insbesondere kann der erste Zustand eine feste und/oder eine flüssige Phase umfassen und der zweite Zustand eine dampfförmige Phase. Das bedeutet insbesondere, dass das Wärmeübertragungsmedium im ersten Teilbereich durch Aufnahme von Wärme von der Wärmequelle sublimieren und/oder verdampfen kann und damit zumindest einen Phasenübergang während der Zirkulation in dem zumindest einen ersten Kanal und dem Innenvolumen vollziehen kann. Dabei kann das Wärmeübertragungsmedium in dem ersten Teilbereich einen ersten Dampfdruck aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann wie oben beschrieben der erste Zustand ebenfalls eine dampfförmige Phase umfassen, wobei dann die Dichte des zweiten Zustands vorzugsweise geringer als die Dichte der dampfförmigen Phase des ersten Zustands sein kann.
Zumindest ein Teil des Wärmeübertragungsmediums, das sich nach Aufnahme von Wärme im ersten Teilbereich im zweiten Zustand befindet, kann sich dann zu dem zweiten Teilbereich, der vorzugsweise einem zweiten Ende des Wärmeleitrohrs angeordnet ist, bewegen, so etwa beispielsweise durch Konvektionskräfte. Im zweiten Teilbereich kann das Wärmeübertragungsmedium vom zweiten Zustand durch Abgabe von Wärme wieder in den ersten Zustand übergehen, also beispielsweise kondensieren oder resublimieren. Insbesondere kann es auch möglich sein, dass das Wärmeübertragungsmedium im zweiten Teilbereich einen zweiten Dampfdruck aufweist, der niedriger als der erste Dampfdruck ist. Die durch den Übergang des Wärmeübertragungsmediums freigewordene Wärme kann dann vom zweiten Teilbereich an die Umgebung, insbesondere an eine Wärmesenke, etwa den Kühlkörper, abgegeben werden. Insbesondere kann das vorweg beschriebene Funktionsprinzip bedingen, dass der erste Teilbereich eine höhere Temperatur aufweist als der zweite Teilbereich.
Das Wärmeübertragungsmedium im ersten Zustand im zweiten Teilbereich kann dann beispielsweise durch Einwirkung einer oder mehrerer Kräfte, etwa durch die Schwerkraft und/oder durch Kapillarkräfte, in den ersten Teilbereich zurücktransportiert werden. Dabei können auch Netzstrukturen, Sinterstrukturen, Rillen oder Rinnen oder Kombinationen daraus, die in dem Innenvolumen oder das Innenvolumen umgebend in dem erste Wärmeleitrohr und/oder in dem zumindest einen ersten Kanal angeordnet sind, geeignet sein, das Wärmeübertragungsmedium vom zweiten Teilbereich in den ersten Teilbereich über Kapillarkräfte zu transportieren.
Beispielsweise im Falle, dass die Strömung durch die Schwerkraft unterstützt und/oder bewirkt werden kann, kann es vorteilhaft sein, wenn das erste Wärmeleitrohr in Schwerkraftrichtung oberhalb des Montagebereichs angeordnet ist. Das kann bedeuten, dass der zumindest eine erste Kanal vom Montagebereich entgegen der Schwerkraftrichtung zur ersten Austrittsöffnung führt. Die Schwerkraftrichtung ist üblicherweise dabei in Richtung senkrecht zur Erdoberfläche hin gerichtet . Entgegen der Schwerkraftrichtung kann insbesondere bedeuten, dass der Montagebereich des Grundkörpers entlang der Schwerkraftrichtung näher an der Erdoberfläche, also tiefer, als die erste Austrittsöffnung des zumindest einen ersten Kanals gelagert ist. das kann bedeuten, dass der zumindest eine erste Kanal mit der Schwerkraftrichtung einen Winkel von weniger als 90° einschließen kann, bevorzugt kleiner oder gleich 45°, oder auch parallel zur Schwerkraftrichtung sein kann. Dasselbe kann auch für den zweiten und/oder dritten Kanal und die jeweiligen Austrittsöffnungen gelten.
Beispielsweise kann das erste WärmeIeitröhr, das nach zumindest einem der vorgenannten Prinzipien zusammen mit dem zumindest einen ersten Kanal Wärme leiten kann, ein Thermosyphon oder besonders bevorzugt ein so genanntes Wärmerohr („heat pipe") bilden oder sein. Dadurch kann Wärme ohne zusätzlichen Energieaufwand auf wirtschaftliche Weise effizient vom Montagebereich des Grundkörpers über das erste Wärmeleitrohr an die Umgebung geleitet werden.
Weiterhin kann das Wärmeübertragungsmedium bevorzugt Wasser aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Wärmeübertragungsmedium Ethan, Propan, Butan, Pentan, Propen, Methylamin, Ammoniak, Methanol, Ethanol, Methylbenzen, Aceton und/oder Kohlendioxid oder eine Mischung oder Kombination daraus aufweisen. Beispielsweise kann das Wärmeübertragungsmedium Wasser und ein Frostschutzmittel, beispielsweise einen Alkohol, aufweisen, so dass die Kühlvorrichtung Wärmeübertragungsmedium in flüssiger Phase auch unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser aufweisen kann. Weiterhin kann im Vergleich zu der Umgebung außerhalb des Innenvolumen des ersten WärmeIeitröhrs und des zumindest einen ersten Kanals ein geringerer Druck als der Umgebungsluftdruck herrschen. Alternativ kann in dem Innenvolumen auch ein höherer Druck als der Umgebungs- luftdruck herrschen. Durch eine Einstellung des Drucks in dem durch das Innenvolumen und den zumindest einen ersten Kanal gebildeten Volumen kann zusammen mit der Wahl des Wärmeübertragungsmediums ein gewünschter Temperaturbereich, in dem die Kühlvorrichtung effizient arbeiten kann, eingestellt werden.
Das erste Wärmeleitrohr kann an den Grundkörper mittels einer lösbaren Befestigungsart angeschlossen sein. Eine lösbare Befestigungsart kann dabei insbesondere eine mechanische Befestigungsart wie etwa Schrauben, Stecken, Flanschen, Klemmen oder eine Kombination daraus sein. Weiterhin kann das erste Wärmeleitrohr an den Grundkörper mittels einer nach dem Befestigen schwer lösbaren oder unter Normalbedingungen unlösbaren Befestigungsart wie etwa Löten, Schweißen, Kleben oder einer Kombination daraus angeschlossen sein. Das erste Wärmeleitrohr kann an den Grundkörper auch mittels einer Kombination von zwei oder mehreren der vorher genannten Befestigungsarten, also einer Kombination aus Stecken, Klemmen, Flanschen, Löten, Schweißen, Kleben und/oder Schrauben angeschlossen sein. Dabei kann die so gebildete Anschlussverbindung zwischen dem ersten Wärmeleitrohr und dem Grundkörper eine abgedichtete Verbindung des ersten Wärmeleitrohrs mit dem Grundkörper bewirken, so dass im Grundkörper und dem ersten Wärmeleitrohr wie oben beschrieben ein abgeschlossenes Volumen erreicht werden kann. Das erste Wärmeleitröhr kann eine längliche, stabförmige Form oder auch zusätzlich Verzweigungen aufweisen. Insbesondere kann das erste Wärmeleitrohr dabei einen kreisrunden Querschnitt oder alternativ oder zusätzlich auch einen ellipsenförmigen oder einen n-eckigen Querschnitt aufweisen, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 3 sein kann. Darüber hinaus kann ein Wärmeleitrohr eine gestreckte Form oder auch eine zumindest in Teilbereichen gebogene Form aufweisen.
Weiterhin kann das erste Wärmeleitrohr mit dem Grundkörper derart verbunden sein, dass der Grundkörper gegenüber dem ersten Wärmeleitrohr bewegbar ist. Das kann bedeuten, dass der Grundkörper verschiebbar und/oder dreh- oder schwenkbar gelagert sein kann, während das erste Wärmeleitrohr starr und unbeweglich gelagert sein kann. Dazu kann das erste Wärme- leitrohr oder der Grundkörper beispielsweise im Bereich zumindest einer Anschlussöffnung flexibel ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines flexiblen Schlauchs oder Balgs.
Weiterhin kann die Kühlvorrichtung einen Kühlkörper aufweisen, der in thermischem Kontakt mit dem ersten Wärmeleitrohr stehen kann. Beispielsweise weisen das erste Wärmeleitrohr und/oder der Kühlkörper ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit auf. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Kühlkörper ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen hat. Diesbezüglich kann der Kühlkörper vorzugsweise Rillen, Kühlrippen, Lammellen und/oder Finnen aufweisen. Dadurch kann beispielsweise eine großflächige und effiziente Wärmeabgabe an die Umgebung ermöglicht werden. Weiterhin kann auch ein Wärmeleitrohr eine Wandung mit zumindest einer der genannten Oberflächen vergrößernden Strukturen aufweisen, wodurch ein zusätzlicher Kühlkörper entbehrlich sein kann. Das erste Wärmeleitrohr kann beispielsweise ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen, insbesondere Kupfer oder Aluminium. Eine Oberflächen vergrößernde Struktur, die an der Außenseite und/oder an der Innenseite, also dem Innenvolumen ab- oder zugewandt, angeordnet sein kann, kann beispielsweise durch Kaltwalzen des ersten WärmeIeitröhrs herstellbar sein, wodurch sich niedrige Herstellungskosten und ein geringes Gewicht für das erste Wärmeleitrohr ergeben können.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Kühlvorrichtung eine Mehrzahl von Wärmeleitrohren. Das kann bedeuten, dass die Kühlvorrichtung zumindest ein zweites Wärmeleitrohr aufweisen kann. Das zweite Wärmeleitrohr kann dabei eines oder mehrere der im Zusammenhang mit dem ersten Wärmeleitrohr genannten Merkmale aufweisen. Dabei kann der Grundkörper zumindest einen weiteren Kanal mit einer weiteren Austrittsöffnung aufweisen, beispielsweise einen zweiten Kanal mit einer zweiten Austrittsöffnung, an den das zweite Wärmeleitrohr derart angeschlossen ist, dass das Innenvolumen des zweiten Wärmeleitrohrs mit dem weiteren Kanal verbunden ist. Alternativ kann das zweite Wärmeleitrohr zusammen mit dem ersten Wärmeleitrohr beispielsweise an der ersten Austrittsöffnung des zumindest einen ersten Kanals angeschlossen sein.
Der Grundkörper kann im Montagebereich beispielsweise eine Erhebung aufweisen. Das kann bedeuten, dass der Grundkörper außerhalb des Montagebereichs eben ausgebildet ist oder zumindest eine Oberfläche aufweist, aus der die Montagefläche herausragt. Alternativ dazu kann der Montagebereich eine Vertiefung aufweisen, so dass die Montagefläche in einer Öffnung oder Senke des Grundkörpers angeordnet sein kann. Derartige Anordnungen können sich günstig auf die Wärmeleitung von der Wärmequelle auf das Wärmeübertragungs- medium auswirken, da dadurch beispielsweise der zumindest eine erste Kanal im Montagebereich nahe an die Montagefläche herangeführt werden kann oder auch die von der Wärmequelle an den Grundkörper abgegebene Wärme gezielt zum ersten Kanal geleitet werden kann.
Weiterhin kann der Grundkörper beispielsweise ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen oder aus einem solchen sein, beispielsweise ein Metall wie etwa Kupfer oder Aluminium oder eine Kombination oder eine Legierung daraus.
Der Montagebereich kann elektrische und/oder mechanische Anschlüsse beziehungsweise Anschlussmöglichkeiten für die Wärmequelle aufweisen. Mechanische Anschlüsse können beispielsweise Klemmverbindungen, Steckverbindungen, Schrauben, Schraubgewinde, Klebebereiche oder -pads, Lötbereiche oder -pads oder Kombinationen daraus aufweisen. Elektrische Anschlüsse können beispielsweise Wirebond-Pads, Lötpads, Klebepads für elektrisch leitenden Klebstoff, elektrische Steck- oder Klemmverbindungen oder Kombinationen daraus umfassen. Weiterhin können beispielsweise der Montagebereich und insbesondere die Montagefläche dazu geeignet sein, die Wärmequelle mechanisch und damit thermisch an den Grundkörper anzuschließen beziehungsweise anzukoppeln. Ein elektrischer Anschluss der Wärmequelle kann weiterhin beispielsweise durch elektrische Anschlussleitungen, die neben oder um den Montagebereich herum angeordnet sind, ermöglicht werden. Beispielsweise kann auf dem Grundkörper den Montagebereich und die Montagefläche umgebend eine Leiterplatte wie etwa ein so genanntes PCB („printed circuit board") angeordnet sein, das elektrische Zuleitungen und Anschlussmöglichkeiten für die Wärmequelle aufweisen kann.
Eine Beleuchtungseinrichtung gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst insbesondere eine Kühlvorrichtung gemäß zumindest einer der oben genannten Ausführungsformen und eine Wärmequelle, die ein elektronisches Bauelement umfasst. Ein solches elektronisches Bauelement kann insbesondere eine hohe thermische Verlustleistung aufweisen. Beispielsweise kann das elektronische Bauelement eine Leistungselektronik mit hoher Wärmeentwicklung und/oder ein optoelektronisches Bauelement umfassen. Insbesondere kann das elektronische Bauelement ein Strahlungsemittierendes Bauelement oder eine Mehrzahl davon umfassen oder sein, wobei das Strahlungsemittierende Bauelement beispielsweise eine Strahlungsemittierende Halbleiterschichtenfolge aufweisen kann. Ein optoelektronisches Bauelement kann insbesondere eine optoelektronische Leuchtdiode (LED) oder eine Mehrzahl an LEDs, etwa einen so genannten LED-Stack oder ein LED- Array, aufweisen. Gerade bei LEDs kann das Wärmemanagement einen großen Einfluss auf die Photometrie, also die Abstrahlleistung haben, so dass der Einsatz von LEDs in einer Beleuchtungseinrichtung eine effektive Kühlvorrichtung wie die voran gegangen beschriebene erforderlich machen kann. Durch die Kühlvorrichtung kann ein Grundkörper mit geringer Bautiefe ermöglicht werden, bei dem lateral zur Montagefläche, insbesondere wie oben beschrieben über dem Montagebereich, das erste Wärmeleitrohr angeordnet sein kann. Dadurch kann beispielsweise eine Beleuchtungseinrichtung mit effizienter Kühlung und geringer Baugröße bei flexibler Anordnung des ersten Wärmeleitrohrs relativ zum Grundkörper erreicht werden. Insbesondere können die Kühlvorrichtung oder die Beleuchtungseinrichtung Teil eines Beleuchtungsmoduls in einem Verkehrsmittel, etwa ein Scheinwerfer in einem Automobil, Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug, Fahrrad oder Flugzeug sein. Bei solchen Verkehrsmitteln kann die Einbaulage der Kühlvorrichtung oder der Beleuchtungs- einrichtung hinsichtlich der Schwerkraftrichtung klar definiert sein, so dass eine dauerhafte Anordnung des ersten Wärmeleitrohrs über dem Montagebereich des Grundkörpers hinsichtlich der Schwerkraftrichtung wie oben beschrieben sichergestellt werden kann. Dabei kann auch wie oben beschrieben der zumindest einen ersten Kanal vom Montagebereich entgegen der Schwerkraftrichtung zur ersten Austrittsöffnung reichen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren IA bis 6B beschriebenen Ausführungsformen.
Es zeigen:
Figuren IA und IB schematische Darstellungen einer
Kühlvorrichtung mit einer Wärmequelle gemäß einem
Ausführungsbeispiel , Figur IC eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung mit einer Wärmequelle gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel , Figuren 2A und 2B schematische Darstellungen einer
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine schematische Darstellung eines Grundkörpers mit einer Wärmequelle gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel , Figur 4 eine schematische Darstellung einer
Beleuchtungseinrichtung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel , Figur 5 eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung mit einer Wärmequelle gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel und Figur 6 eine schematische Darstellung eines Verkehrsmittels mit einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
In den Figuren IA und IB ist eine Kühlvorrichtung 1000 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. In der Figur IB ist die Kühlvorrichtung dabei um 90° um eine vertikale Achse in der Zeichenebene gedreht dargestellt. Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich gleichermaßen auf die Darstellungen beider Figuren.
Die Kühlvorrichtung 1000 weist einen Grundkörper 1 auf, auf dem eine Wärmequelle 100 angeordnet ist. Die Wärmequelle 100 ist dabei auf einer Montagefläche 11 in einem Montagebereich 12 auf dem Grundkörper 1 montiert. Durch einen formschlüssigen Kontakt zwischen der Wärmequelle 100 und dem Grundkörper 1 kann ein geringer thermischer Widerstand an der Kontakt- beziehungsweise Grenzfläche zwischen der Wärmequelle 100 und dem Grundkörper 1 erreicht werden, so dass über die Montagefläche 11 eine gute thermische Ankopplung der Wärmequelle 100 an den Grundkörper 1 ermöglicht wird. Die Wärmequelle 100 kann dabei eine aktive Wärmequelle wie etwa ein elektronisches Bauelement sein, das im Betrieb Abwärme erzeugt, wobei die Art der Wärmequelle 100 keine Beschränkung der Kühlvorrichtung 1000 oder ihrer Funktionsweise darstellt. Der Grundkörper ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Metall mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, etwa Aluminium oder Kupfer oder eine Mischung oder Legierung daraus .
Weiterhin weist der Grundkörper 1 einen ersten Kanal 31 auf, der vom Montagebereich 12 in eine erste Austrittsöffnung 41 an einer Oberfläche 13 mündet. Der erste Kanal 31 verläuft von der ersten Austrittsöffnung 41 im Inneren des Grundkörpers 1 und ist daher durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Oberfläche 13 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Seitenfläche des Grundkörpers 1, die nicht direkt benachbart zur Montagefläche 11 ist. Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann der erste Kanal 31 je nach Platzbedarf und Einbau- beziehungsweise
Verwendungsrichtung der Kühlvorrichtung 1000 in einer anderen Richtung und mit einem anderen Verlauf im Grundkörper 1 ausgeführt werden. Beispielsweise kann der erste Kanal 31 auch in eine erste Austrittsöffnung 41 münden, die an der der Montagefläche 11 abgewandten Rückseite des Grundkörpers 1 oder auch direkt benachbart zur Montagefläche 11 angeordnet ist. An die erste Austrittsöffnung 41 ist ein erstes WärmeIeitröhr 2 angeschlossen. Das erste Wärmeleitrohr 2 weist dabei eine Wandung auf, die ein Innenvolumen 21 begrenzt und umschließt und ist derart ausgeführt, dass der Grundkörper 1 und das erste Wärmeleitrohr 2 durch den Anschluss aneinander ein durch den ersten Kanal 31 und das Innenvolumen 21 gebildetes abgeschlossenes Volumen aufweisen. Der Anschluss des ersten Wärmeleitrohrs 31 an den Grundkörper kann beispielsweise durch Löten, Anflanschen, Anschrauben oder eine der weiteren im allgemeinen Teil beschriebenen Anschlussmöglichkeiten ausgeführt sein.
In dem durch den ersten Kanal 31 und das Innenvolumen 21 gebildeten abgeschlossenen Volumen befindet sich ein Wärmeübertragungsmedium 5. Das Wärmeübertragungsmedium 5 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel Wasser auf und liegt damit in einem weiten Temperaturbereich als Flüssigkeit vor. Dabei kann der Temperaturbereich durch geeignete Zusätze und beispielsweise eine Anpassung des Innendrucks im Innenvolumen 21 und im ersten Kanal 31 eingestellt werden.
Dadurch, dass der erste Kanal 31 in den Montagebereich 12 reicht, kann Wärme, die von der Wärmequelle 100 auf den Grundkörper 1 übertragen wird, weiter zum ersten Kanal 31 und damit auf des Wärmeübertragungsmedium 5 im ersten Kanal 31 übertragen werden, so dass das Wärmeübertragungsmedium 5 im ersten Kanal 31 zumindest im oder nahe beim Montagebereich 11 erwärmt werden kann. Das Wärmeübertragungsmedium 5 kann im Innenvolumen 21 und dem ersten Kanal 31 zirkulieren, so dass beispielsweise durch eine durch Konvektion oder eine Verdampfung des Wärmeübertragungsmediums 5 hervorgerufene Strömung 901 das erwärmte Wärmeübertragungsmedium 5 in Richtung des ersten Wärmeleitrohrs 2 strömen kann.
Das erste Wärmeleitrohr 5 ist dabei in Kontakt mit einem Wärmereservoir (nicht gezeigt) , das vorzugsweise eine geringere Temperatur als der Montagebereich 12 des Grundkörpers aufweist. Das Wärmereservoir kann dabei beispielsweise durch die Umgebungsluft, einen Kühlkörper oder eine aktive Kühlung wie etwa einen Ventilator gebildet sein, wobei die Art des Wärmereservoir nicht einschränkend für die Kühlvorrichtung 1000 oder ihre Funktionsweise zu verstehen ist.
Im ersten Wärmeleitrohr 31 kann das Wärmeübertragungsmedium 5 die im ersten Kanal 31 aufgenommene Wärme wieder abgeben und, wie durch den Pfeil 902 angedeutet, wieder in Richtung des Montagebereichs zurückströmen. Die von der Wärmequelle 100 im Betrieb erzeugte Wärme kann somit aus dem Grundkörper 1 abgeleitet werden. Durch die Zirkulation des
Wärmeübertragungsmediums 5 , die durch die Aufnahme und Abgabe von Wärme wie oben beschrieben zustande kommt, kann somit eine effektive und Platz sparende Kühlung der Wärmequelle 100 erfolgen. Dadurch, dass das Wärmeübertragungsmedium 5 mittels des ersten Kanals 31 im Grundkörper 1 selbst direkt und ohne weitere dazwischen liegende Bauteile oder Wandungen thermisch an den Montagebereich 12 angekoppelt werden kann, kann eine ausgezeichnete Kühlleistung ermöglicht werden.
Für eine Funktionsweise der Wärmeleitung durch das Wärmeübertragungsmedium 5 beispielsweise gemäß dem Funktionsprinzip einer so genannten „heat pipe" kann das Innenvolumen 21 und/oder der erste Kanal 31 dafür geeignete Strukturen wie etwa Lamellen oder Kapillaren aufweisen, wie im allgemeinen Teil beschrieben ist.
In der Figur IC ist eine Kühlvorrichtung 1001 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, die als Abwandlung gegenüber dem vorherigen Ausführungsbeispiel zwei WärmeIeitröhre 2, 7 aufweist. Das erste Wärmeleitrohr 2 ist dabei im vorherigen Ausführungsbeispiel an die erste Austrittsöffnung 41 des ersten Kanals 31 angeschlossen.
Weiterhin weist der Grundkörper 1 der Kühlvorrichtung 1001 einen weiteren, zweiten Kanal 32 mit einer Austrittsöffnung 42 auf, an den ein zweites Wärmeleitrohr 7 mit einem Innenvolumen 71 angeschlossen ist. Der zweite Kanal 32 reicht dabei wie der erste Kanal 31 in den Montagebereich 12 des Grundkörpers 1 hinein, wodurch auch für das Wärmeübertragungsmedium 5 im zweiten Kanal 32 und im Innenvolumen 71 des zweiten Wärmeleitrohrs 7 eine effektive thermische Kopplung an die Wärmequelle 100 ermöglicht werden kann. Die beiden WärmeIeitröhre 2 und 7 können dabei nach demselben oder nach verschiedenen Funktionsprinzipien Wärme aus dem Montagebereich 12 an die Umgebung ableiten und für denselben oder verschiedene Temperaturbereiche vorgesehen sein.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind der erste und zweite Kanal 31, 32 voneinander getrennt ausgeführt. Alternativ dazu, insbesondere bei Verwendung desselben Wärmeübertragungsmediums 5 in beiden Kanälen 31, 32 und jeweiligen Wärmeleitrohren 2, 7 können der erste und zweite Kanal 31, 32 im Montagebereich miteinander verbunden sein. Die Beschreibung der Kühlvorrichtungen der folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt sich auf die Darstellung der jeweiligen Unterschiede zu den schon gezeigten Ausführungsbeispielen.
In den Figuren 2A und 2B ist ein Ausführungsbeispiel für eine Beleuchtungseinrichtung 1002 mit einer Kühlvorrichtung in einer Front und einer Seitenansicht gezeigt. Die Kühlvorrichtung der Beleuchtungseinrichtung 1002 umfasst dabei eine Grundkörper 1, der einen als Sockel beziehungsweise Erhebung ausgeführten Montagebereich 12 mit einer Montagefläche 11 aufweist. Der Grundkörper 1 weist einen ersten und einen zweiten Kanal 31, 32 auf, die vom Montagebereich 12 zu einer als Seitenfläche ausgebildeten Oberfläche 13 jeweils in eine erste und zweite Austrittsöffnung 41 und 42 münden und die miteinander verbunden sind. An den Austrittsöffnungen 41 und 42 ist ein erstes Wärmeleitrohr 2 mit einem Innenvolumen 21 angeschlossen, so dass sich durch die Kanäle 31 und 32 und das Innenvolumen 21 ein abgeschlossenes, ringförmiges Volumen bildet, in dem sich ein Wärmeübertragungsmedium 5 befindet. Die Austrittsöffnungen 41, 42 können dabei alternativ auch auf verschiedenen Oberflächen oder Oberflächenbereichen des Grundkörpers 1 angeordnet sein.
Das erste Wärmeleitrohr 2 weist eine Oberflächen vergrößernde Struktur 6 in Form von Kühlrippen auf, die eine Abgabe der Wärme vom ersten Wärmeleitrohr 2 an die Umgebung erleichtern. Die Kühlrippen 6 können dabei auf das erste Wärmeleitrohr 2 montiert sein oder beispielsweise in die Wandung des ersten Wärmeleitrohrs 2 etwa durch ein Kaltwalzverfahren eingeprägt sein. Ein solches Wärmeleitrohr kann niedrige Herstellungskosten und ein geringes Gewicht ermöglichen. Auf der Montagefläche 11 des Grundkörpers 1 ist ein Leuchtdioden- (LED-) Array 100 montiert, das im Betrieb vom Grundkörper 1 weggerichtet Licht abstrahlen kann und dabei Abwärme erzeugt, so dass das LED-Array 100 im gezeigten Ausführungsbeispiel die Wärmequelle bildet. Die Abwärme kann über den sockeiförmigen Montagebereich 12 zum ersten und zweiten Kanal 31, 32 geleitet werden, die an den Montagebereich 12 heranreichen. Durch die Ausführung des Montagebereichs 12 als Sockel beziehungsweise als Erhebung kann erreicht werden, dass sich direkt hinter dem LED-Array 100 der so genannte „not spot" ausbildet, also der Bereich in der Beleuchtungseinrichtung 1002 mit der höchsten Temperatur während des Betriebs des LED-Arrays 100. Da der erste und zweite Kanal 31, 32 direkt an den Montagebereich 12 heranreichen, kann somit eine wirkungsvolle und effektive thermische Ankopplung des Wärmeübertragungsmediums 5 erreicht werden .
Das gezeigte Ausführungsbeispiel mit seitlich nach oben verlaufenden zusammenhängenden ersten und zweiten Kanälen 31 und 32 ist besonders für eine Funktionsweise geeignet, bei der das Wärmeübertragungsmedium 5 wie im allgemeinen Teil beschrieben eine Phasenänderung während der Zirkulation vollzieht. Insbesondere bei einer Ausrichtung der Beleuchtungseinrichtung, bei der das erste Wärmeleitrohr 2 wie gezeigt in Schwerkraftrichtung über dem Montagebereich 12 angeordnet ist, kann die Zirkulation des Wärmeübertragungsmediums 5 durch die Einwirkung der Schwerkraft unterstützt werden und so die Wärmeleitung beziehungsweise Kühlleistung der Kühlvorrichtung optimiert werden . Wie in Figur 6 gezeigt, kann eine derartige Anordnung der Beleuchtungseinrichtung 1002 beispielsweise in einem Verkehrsmittel 500, hier schematisch durch ein Automobil angedeutet, dauerhaft gewährleistet werden. Die Beleuchtungseinrichtung 1002 ist dabei in das Automobil 500 so eingebaut, dass zumindest der erste Kanal 31 und vorzugsweise der erste und zweite Kanal 31, 32 vom Montagebereich 12 entgegen der Schwerkraftrichtung 900 zur ersten Austrittsöffnung 41 beziehungsweise zur ersten und zweiten Austrittsöffnung 41, 42 reicht. Weiterhin kann, wie leicht erkennbar ist, eine geringe Bautiefe und damit ein geringer Platzbedarf für die Beleuchtungseinrichtung 1002 erreicht werden. Speziell die Verwendung eines kaltgewalzten Wärmeleitrohrs ermöglicht eine hohe Variabilität der Form des Wärmeleitrohrs, die eine Anpassung der
Kühlvorrichtungsgeometrie an mögliche Bauraumanforderungen einer Beleuchtungseinrichtung ermöglicht. Dies kann insbesondere bei kleinen Herstellungsstückzahlen im Gegensatz zu üblichen Druckguss-Kühlkörpern, die eine aufwändige Werkzeugänderung erfordern, vorteilhaft sein.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Grundkörper 1 für eine Kühlvorrichtung oder Beleuchtungseinrichtung wie etwa aus den vorangegangenen Ausführungsbeispielen gezeigt.
Der Grundkörper 1 ist dabei aus Aluminium gefertigt und ist als flacher Zylinder ausgeführt, der einen Platz sparenden Einbau ermöglicht. Zumindest ein erster Kanal 31 mit einer ersten Austrittsöffnung 41 ist in einer als Zylindermantelfläche ausgeführten Oberfläche 13 vorgesehen. Auf einem Montagebereich 12 ist als Wärmequelle 100 eine LED oder ein LED-Array mit einer darüber angebrachten Linse montiert. Der Montagebereich 12 ermöglicht eine optimale thermische Anbindung der Wärmequelle 100 an den Grundkörper 1. Zum elektrischen Anschluss der LED beziehungsweise des LED-Arrays ist um den Montagebereich 12 eine Leiterplatte 101 angebracht, die elektrische Anschlussmöglichkeiten und Zuleitungen bereitstellt. Durch den derartigen Aufbau wird die Kühlleistung einer Kühlvorrichtung, die mit einem derartigen Grundkörper 1 ausgestattet ist, nicht durch zusätzliche Trägerkörper für die LED oder das LED-Array verringert .
Das Ausführungsbeispiel in Figur 4 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung 1004 mit einer Kühlvorrichtung, bei der der Grundkörper 1 zusätzlich zum ersten und zweiten Kanal
31, 32 einen dritten Kanal 33 aufweist, der vom Montagebereich 12 zu einer dritten Austrittsöffnung 43 in der Oberfläche 13 reicht. Der erste, zweite und dritte Kanal 31,
32, 33 sind dabei im Montagebereich 12 miteinander verbunden. Das erste Wärmeleitrohr 2 ist mit alle drei Austrittsöffnungen 41, 42, 43 angeschlossen, so dass das Innenvolumen 21 des ersten Wärmeleitrohrs 2 mit allen drei Kanälen 31, 32, 33 in der gezeigten Art verbunden ist. Das dadurch gebildete abgeschlossene Volumen ist dabei als zwei ringförmige, aneinander angrenzende und ineinander übergehende ringförmige Volumina ausgebildet.
Eine derartige Ausgestaltung der Kühlvorrichtung ist besonders geeignet für ein Wärmeübertragungsmedium 5, das keinen Phasenwechsel vollzieht sondern beispielsweise immer in flüssiger oder gasförmiger Phase vorliegt. Durch Aufnahme von Wärme im Montagebereich 12 kann das
Wärmeübertragungsmedium 5 beispielsweise durch den ersten Kanal 31 durch Konvektion in das erste Wärmeleitrohr 2 gelangen (Pfeil 901) und dort Wärme an das erste WärmeIeitröhr 2 abgeben und in Richtung des zweiten und dritten Kanals 32, 33 strömen (Pfeile 902) . Durch den zweiten und dritten Kanal 32, 33 kann das Wärmeübertragungsmedium 5 wieder zurück zum Montagebereich 12 strömen (Pfeile 903) und somit in den Kanälen 31, 32, 33 und dem Innenvolumen 21 zirkulieren.
Durch die Kühlrippen 6 oder alternative oder weitere Oberflächen vergrößernde Strukturen wie im allgemeinen Teil beschrieben kann auch in diesem Ausführungsbeispiel die Abgabe der Wärme vom ersten Wärmeleitrohr 2 an die Umgebung erleichtert und verbessert werden.
In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Kühlvorrichtung 1005 gezeigt. Die Kühlvorrichtung 1005 weist dabei eine flexible und bewegliche Verbindung 20 des ersten Wärmeleitrohrs 2 am Grundkörper 1 auf, etwa durch einen Schlauch oder einen Metallbalg. Dadurch kann der Grundkörper 1 beispielsweise englang der Schwenkrichtung 910 relativ zum ersten Wärmeleitrohr 2 bewegbar und schwenkbar sein. Damit kann das erste Wärmeleitrohr 2 starr gelagert beziehungsweise befestigt sein, ohne dass die Kühlleistung der Kühlvorrichtung 1005 oder die Beweglichkeit des Grundkörpers 1 verringert beziehungsweise eingeschränkt wird.
In allen gezeigten Ausführungsbeispielen kann die Kühlvorrichtung oder die Beleuchtungseinrichtung zusätzlich beispielsweise Gehäuse oder Gehäuseteile aufweisen, wobei das oder die Wärmeleitrohre sowohl innerhalb als auch außerhalb eines solchen Gehäuses oder Gehäuseteils angeordnet sein kann, ohne dass die Kühlleistung der Kühlvorrichtung beeinträchtig wird. Je nach Wärmeleistung der Wärmequelle, also insbesondere je nach Wärmeverlustleistung eines elektronischen Bauelements, das die Wärmequelle bilden kann, können die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Kühlvorrichtungen und Beleuchtungseinrichtungen mehr als die gezeigte Anzahl von Wärmeleitrohren umfassen.
Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten WärmeIeitröhre können neben der gestreckten oder leicht gebogenen Ausführung beispielsweise auch in mehreren Richtungen gebogen, in sich verdreht oder verwinkelt sein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Wärmequelle (100), umfassend: einen Grundkörper (1) mit einer für die Wärmequelle (100) vorgesehenen Montagefläche (11) in einem Montagebereich (12) , zumindest einen ersten Kanal (31) im Grundkörper (1) , der vom Montagebereich (12) bis zu einer ersten Austrittsöffnung (41) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht, ein an die erste Austrittsöffnung (4) des ersten Kanals (3) angeschlossenes erstes Wärmeleitrohr (2), wobei das erste Wärmeleitrohr (2) ein Innenvolumen (21) aufweist, das mit dem ersten Kanal (3) verbunden ist und ein Wärmeübertragungsmedium (5) , das bei Betrieb der Wärmequelle (100) in dem zumindest einen ersten Kanal (3) und dem Innenvolumen (21) des ersten Wärmeleitrohrs (2) zirkulieren kann, so dass von der Wärmequelle (100) im Betrieb erzeugte Wärme aus dem Grundkörper (1) abgeleitet werden kann.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper (1) einen zweiten Kanal (32) aufweist, der vom Montagebereich (12) bis zu einer zweiten Austrittsöffnung (42) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht, und das erste Wärmeleitrohr (2) zusätzlich an der zweiten Austrittsöffnung (42) des zweiten Kanals (32) angeschlossen ist, so dass das Innenvolumen (21) des ersten WärmeIeitröhrs (2) mit dem zweiten Kanal (32) verbunden ist.
3. Kühlvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste Kanal (31) und der zweite Kanal (32) im Montagebereich (12) miteinander verbunden sind.
4. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (1) einen dritten Kanal (33) aufweist, der vom Montagebereich (12) bis zu einer dritten Austrittsöffnung (43) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht und das erste Wärmeleitrohr (2) zusätzlich an der dritten Austrittsöffnung (43) des dritten Kanals (33) angeschlossen ist, so dass das Innenvolumen (21) des ersten WärmeIeitröhrs (2) mit dem dritten Kanal (33) verbunden ist.
5. Kühlvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei der erste, zweite und dritte Kanal (31, 32, 33) im Montagebereich (12) miteinander verbunden sind.
6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wärmeübertragungsmedium (5) in flüssiger oder gasförmiger Phase vorliegt und bei Betrieb der Wärmequelle (100) ohne Phasenübergang in dem zumindest einen ersten Kanal (31) und dem Innenvolumen (21) zirkulieren kann.
7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Wärmeübertragungsmedium (5) während der Zirkulation in dem zumindest einen ersten Kanal (31) und dem Innenvolumen (21) des ersten Wärmeleitrohrs (2) zumindest einen Phasenübergang vollzieht.
8. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wärmeleitrohr (2) an den Grundkörper (1) zumindest mittels einer der folgenden Befestigungsarten angeschlossen ist: Schrauben, Stecken, Klemmen, Flanschen, Löten, Schweißen, Kleben.
9. Kühlvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Wärmeleitrohr (2) mit einer lösbaren Befestigungsart an den Grundkörper (1) angeschlossen ist.
10. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (1) gegenüber dem ersten Wärmeleitrohr (2) bewegbar ist.
11. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wärmeleitrohr (2) zumindest eine der folgenden Oberflächen vergrößernde Strukturen (6) aufweist: Lamellen, Kühlrippen, Finnen, Rillen.
12. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (1) zumindest einen weiteren Kanal (32) aufweist, der vom Montagebereich (12) bis zu einer weiteren Austrittsöffnung (42) an einer Oberfläche (13) des Grundkörpers (1) reicht und ein zweites Wärmeleitrohr (7) zusätzlich an der weiteren Austrittsöffnung (42) des weiteren Kanals (32) angeschlossen ist, so dass ein Innenvolumen (71) des zweiten Wärmeleitrohrs (7) mit dem weiteren Kanal (32) verbunden ist.
13. Kühlvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (1) im Montagebereich (12) eine Erhebung oder eine Vertiefung umfasst.
14. Beleuchtungseinrichtung, umfassend: einen Kühlkörper gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Wärmequelle (100) ein elektronisches Bauelement umfasst.
15. Verkehrsmittel, umfassend: eine Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder eine Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 14, wobei die Kühlvorrichtung oder die Beleuchtungseinrichtung derart in das Verkehrsmittel (500) eingebaut ist, dass der zumindest eine erste Kanal (31) vom Montagebereich (12) entgegen der Schwerkraftrichtung (900) zur ersten Austrittsöffnung (41) reicht.
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