WO2012113705A2 - Beleuchtungseinrichtung - Google Patents
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- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
Definitions
- the invention relates to a lighting device according to the preamble of patent claim 1.
- Such a lighting device is disclosed, for example, in the published patent application DE 10 2007 028 301 A1.
- This document describes a vehicle headlamp with a housing, with at least one semiconductor light ⁇ source, which is arranged in the housing and is thermally connected by means of at least one heat pipe with a heat sink, and with aeration means having a ventilator for ventilating the heat sink.
- the lighting device has a semiconductor light source arrangement, which is gekop ⁇ pelt thermally by means of at least one heat pipe to a heat sink, and ventilation means for the heat sink, the comprise at least one fan, as well as an electrical ⁇ nik for operating the semiconductor light source arrangement, which is in the range of at least one fan ange ⁇ arranged or thermally coupled by means of at least one NEN heat pipe to the heat sink.
- a semiconductor light source arrangement which is gekop ⁇ pelt thermally by means of at least one heat pipe to a heat sink, and ventilation means for the heat sink, the comprise at least one fan, as well as an electrical ⁇ nik for operating the semiconductor light source arrangement, which is in the range of at least one fan ange ⁇ arranged or thermally coupled by means of at least one NEN heat pipe to the heat sink.
- the semiconductor light sources and their associated electronics form a structural unit, so that the lighting ⁇ tion unit according to the invention as a module in a vehicle headlamp, for example, to produce low beam, high beam, fog light, continuous running light, position light and daytime running light usable and can be exchanged in the case of a defect on a ⁇ ways against another identicalnectsein ⁇ unit.
- the heat generated by the semiconductor light sources during their operation is conducted by means of the at least one heat pipe to the heat sink and dissipated via this with the cooperation of the at least one fan to the environment. Since the electronics in the area of influence of the at least one fan is disposed or a heat pipe thermally coupled to the heat sink by means of the Minim ⁇ least, the generated from the electronics, heat is also dissipated via the heat sink on the environment.
- half-light source arrangement denotes an arrangement of one or more light-emitting diodes or laser diodes which, during operation, if appropriate with the participation of phosphors, produce white or colored light or emit infrared radiation.
- heat pipe refers to a heat pipe in which, utilizing the capillary effect, the condensed liquid is returned to the evaporation ⁇ fer, or a thermosiphon, in which taking advantage of the force of gravity the condensed flues ⁇ stechnik is returned to the evaporator.
- the required for operation of the semiconductor light sources electronics is advantageously on a support, at ⁇ play, on a mounting plate or a Leiterrah- men arranged (lead frame), to allow easy mounting and contacting and spatially compact arrangement of the components of the electronics.
- the carrier for the electronics preferably includes a Minim ⁇ least the at least one fan facing subsequent erecting surface, are arranged on the electronic components to afford an optimal ventilation of the electronic components by means of the at least one fan to be granted ⁇ .
- the support for the electronics is additionally thermally coupled to the at least one heat pipe in order to additionally dissipate the heat generated by the electronics also via the heat pipe to the heat sink.
- the heat generated by the electronics will be preferential ⁇ discharged by means of the at least one fan as well as by means of the at least one heat pipe and the heat sink pers to the environment.
- the semiconductor light source arrangement of the illumination device according to the invention comprises a carrier plate, preferably a metal-core board, on the surface of which the semiconductor light sources are arranged are and which is thermally coupled to the at least one heat pipe.
- the carrier plate allows for easy mounting, electrical contacting and thermal coupling of the semiconductor light sources to a cooling device.
- the illumination device according to the invention advantageously has a housing, in the interior of which the electronics and the at least one fan are arranged.
- the housing protects the components of the electronics from dirt and damage and also allows electromagnetic shielding of the electronics.
- the housing may be metalli ⁇ Siert on its inside or outside and optionally be connected to an internal massebah ⁇ zugspotenzial electronics.
- the heat sink of the illumination device according to the invention advantageously has cooling ribs or by slots mutually separated slats in order to ensure an op ⁇ timale ventilation with the aid of at least one VENTILA ⁇ tors.
- the housing has at least one wall with a recess for the cooling ribs or by slots for the separate fins of the heat sink, to allow ventilation of Be ⁇ arranged in the interior electronics with the aid of at least one fan.
- two opposing walls of the housing have recesses for the cooling fins or fins of the heat sink in order to pass through the slots between the cooling fins or fins of the heat sink to allow an air flow into the interior of the Ge ⁇ housing.
- the support for the electronics and the cooling fins or fins of the heat sink preferably surround the at least one fan.
- Figure 1 is an isometric view of the illumination ⁇ device according to the preferred embodiment of the invention with regard to the front of the side of the illumination device ⁇
- FIG. 2 shows an isometric view of the illumination device depicted in FIG. 1 with additional primary optics
- FIG. 3 shows an isometric view of the illumination device depicted in FIG. 1 with a view of the rear side of the illumination device
- FIG. 4 shows a cross section through the illumination device illustrated in FIG. 1 along the cross-sectional plane G-G running parallel to the front and rear sides
- Figure 5 is a first side view of the bring in Figure 1 ⁇ formed illumination device
- Figure 6 shows a cross section through the lighting device depicted in Figure 1 along the direction perpendicular to the front and rear side cross-sectional plane
- FF 7 is a plan view of the front of the lighting device shown in Fi gur ⁇ 1
- FIG. 8 shows a second side view of ist ⁇ formed in Figure 1 lighting device in a position rotated by 90 degrees from the Figure 5 view of Figure 9 shows a cross section through the depicted in Figure 1 lighting device taken along the direction perpendicular to the front and rear side cross-sectional plane HH
- FIG. 10 shows a plan view of the front side of the cooling body of the illumination device depicted in FIG.
- FIG 11 is a first side view of substituted for ⁇ formed in Figure 10, the heatsink
- Figure 12 is a plan view of the back of the in FIG.
- FIG. 13 is an isometric view of the heat sink depicted in FIG. 13
- FIG. 14 is a second side view of bring ⁇ formed in Figure 10 in a heat sink 90 degrees counter on the rotated representation in Figure 11
- FIG. 15 shows a cross-section through the electronics and the fan of the illumination device illustrated in FIG. 1 along the cross-sectional plane CC running parallel to the front and rear of the illumination device
- FIG. 16 A first side view of the electronics of FIG. 16
- FIG. 1 illustrated illumination device
- Figure 17 shows a cross section through the electronics
- Figure 18 is a plan view of the front of the electronics shown in Fi gur ⁇ 15
- FIG. 19 shows a second side view of the electronics depicted in FIG. 15 in a representation rotated by 90 degrees with respect to FIG. 16
- Figure 20 A cross section through the electronics and the
- FIGS 1 to 3 show a schematic representation of a preferred imple mentation of the illumination device according to the invention, which is intended for use in a motor vehicle as a headlight to the lighting functions, low beam, high beam, Ne ⁇ bellight, daytime running lights, position light and parking light to it realize.
- This lighting device has a substantially cuboidal housing 1 with a front wall 10, a rear wall 11, two opposite wide side walls 12, 13 and two opposite narrow side walls 14, 15.
- the housing is made of metal or plastic.
- the inside of the Au ⁇ .seite of the housing walls can be metallized to provide an electromagnetic shield of the housing arranged in the interior of the electronic components.
- the metal housing or may be placed the metallized walls of the plastic housing via a connection to the internal ground reference potential of a Elect ⁇ ronik 4 or through the vehicle body to ground potential to can.
- 1 shows an isometric Dar ⁇ position of the lighting device with regard to the front wall 10 of the housing 1.
- a recess is arranged, which projects through a LED arrangement 100th
- the light-emitting diode array 100 is a plurality of light-emitting diodes, which are arranged in rows and columns on a support plate, in particular on a metal core board.
- Such a light-emitting diode arrangement 100 is also often referred to as an LED array.
- the light-emitting diodes are preferably light emitting diodes, which generate white light during their Be ⁇ drive using phosphors.
- the LED array may also include light emitting diodes that generate infrared radiation during operation to serve as a radiation source for a night vision system of the vehicle.
- the LED array 100 can also comprise light-emitting diodes which, during their operation, have orange emit colored light and serve as light sources for the direction indicator of the vehicle.
- an optic 101 is arranged on the LED array 100, which bundles the light emitted by the light emitting diodes and deflects in predetermined directions.
- the narrow side walls 14, 15 of the housing each have a recess in which slats 211, 221 of a heat sink 2 of the lighting device are arranged so that an air flow through the housing is made possible via slots between the slats 211, 221 (FIGS 3).
- a circular opening 110 for a fan 3 is arranged centrally.
- a plug 111 angeord ⁇ net which serves as an electrical connection of the lighting device.
- the plug 111 allows a power supply within the housing 1 is arranged ⁇ electronics 4 for the operation and control of the LED array 100 and the fan.
- a heat sink 2 and a fan 3 and an electronics 4 for operating the LEDs of the LED array are arranged.
- the heat sink 2 and the fan 3 are used for cooling the LED array 100 and the components of the electronics 4.
- the structure of the heat sink 2 is shown schematically in Figures 10 to 14.
- the spatial arrangement of the heat sink 2, fan 3 and the electronics 4 in the interior of the housing 1 is shown schematically in Figures 4 to 9.
- the heat sink 2 has a rectangular base plate 20 which has depressions in the surface on its front side 20a. - lo che has, in which two heat pipes 201, 202 are arranged.
- the ends 201a, 201b, 202a, 202b of the two heatpipes 201, 202 are each guided through an opening in the base plate 20, so that they protrude from the rear side 20b of the base plate 20 and protrude perpendicularly therefrom.
- the middle sections 201c, 202c of the two heatpipes 201, 202 extend in the depressions, on the surface of the front side 20a of the base plate 20.
- the heat sink 2 has two stacks 21, 22 of lamellae 211, 221 arranged in layers.
- the stacks 21, 22 are spaced apart on the back side 20b of the base plate 20.
- the lamellae 211, 221 ver ⁇ each parallel to the base plate 20 and are ⁇ adjacent blades 211 and 221 are each separated by a slot.
- the first ends 201a, 202a of the two heatpipes 201, 202 are each passed through openings in the slats 211 of the first stack 21 and the second ends 201b, 202b of the two heatpipes are each passed through openings in the slats 221 of the second stack 22 and connected to them.
- the first ends 201a, 202a of the heatpipes 201, 202 thus support the first lamination stack 21 of the heat sink 2, and the second ends 201b, 202b support the second lamination stack 22 of the heat sink 2.
- the lamellae 211, 221 and the base plate 20 are made of copper or other good heat conducting material.
- the middle sections 201c, 202c form the so-called evaporation zone of the heat pipes 201, 202, which are connected to the heat source to be cooled is brought into thermal contact and at which the cooling ⁇ medium of the heat pipes 201, 202 is evaporated by the heat from the heat source.
- the four ends 201a, 201b, 202a, 202b form the so-called condensation zone of the heat pipes 201, 202 at which condenses the refrigerant of the heat pipes 201, 202 and the heat to the La ⁇ mellen 211, 221 of the heat sink is removed.
- the heat ⁇ pipes 201, 202 are made for example of copper and use water as a coolant. The return transport of the condensed at the ends of the heatpipe coolant to the central portions of the heatpipes by means of capillary effect.
- FIG. 9 shows a cross section through the illumination device according to the preferred exemplary embodiment of the invention, from which one can see the thermal coupling between the heat sink 2 and the LED array 100 and the arrangement of the fan 3 and the electronics 4.
- the formed as a metal core printed circuit board support plate 100a of the LED array 100 is located directly on the surface of Ba ⁇ sisplatte 20 on the front side 20a, cut and is thus in direct contact with the cash used 201c, 202c of the two heat pipes 201, 202, which extend in recesses on the front side 20 a of the base plate 20 of the heat sink 2.
- the heat generated by the LED array 100 during operation via the carrier ⁇ plate 100a to the central portions 201c, 202c of the two heat pipes 201, 202 and delivered over the ends 201a 201b, 202a, 202b of the heat pipes 201, 202 to the slats 211, 221 of the two fin stack 21, 22 of the heat sink 2 discharged.
- an electronics 4 and a fan 3 are arranged in the intermediate space between the two lamination stacks 21, 22 of the heat sink 2.
- the components of the electronics 4 are mounted on a mounting plate 4 a, which rests against the back 20 b of the base plate 20 of the heat sink 2.
- the electronics 4 there is a thermal coupling between the electronics 4 and extending in the base plate 20 center portions 201c, 202c of the heat pipes 201, 202, so that the heat generated by the electronics 4 during operation also via the Mon ⁇ days plate 4a and the heat pipes 201, 202 is discharged to the fins 211, 221 of the heat sink 2.
- the heat pipes 201, 202 thus serve both to cool the LED array 100 and to cool the electronics 4.
- the axis of rotation 3a of the fan 3 is perpendicular to the base ⁇ plate 20 of the heat sink 2 and the front wall 10 and rear wall 11 of the housing 1 of lighting device.
- the fan 3 fills almost the entire remaining gap between the two lamella stacks 21, 22 of the heat sink 2 and allows optimal Belüf ⁇ tion of the fins 211, 221 of the finned stack 21, 22 of the heat sink 2.
- an air flow through the slots between the slats 211, 221 of the lamella stacks 21, 22 of the heat sink 2 he ⁇ allows.
- the electronics 4 is arranged in a U-shape around the fan 3 in the intermediate space between the two lamella stacks 21, 22 of the heat sink 2.
- the electronic components The electronics 4 are mounted, for example, on a saucewin ⁇ kelten lead frame (lead frame) or an angled mounting board 4a or on several, at right angles to each other arranged portions of a mounting board.
- the particularly heat-sensitive electronic components ⁇ or particularly high-heat-generating electronic components are preferably mounted on the portion of the mounting board 4 a or the lead frame, which is located directly on the base plate 20 of the heat sink to their heat by means of the heat pipes 201, 202 be ⁇ to dissipate efficiently.
- the U-legs of the U-shaped electronics 4 are parallel to the front wall 10 and rear wall 11 of the housing 1.
- the electronic components mounted on the U-legs are preferably arranged on the surface of the mounting board or of the leadframe facing the fan 3. to allow optimal ventilation of these electronic components by means of the fan 3.
- the electronics 4 is connected to the plug 111 on the rear wall 11 of the housing 1 in order to ensure a power supply of the electronics 4 and the LED array.
- the plug 111 is contacted with traces on the mounting board 4a.
- Figures 15 to 20 show schematically the relative arrangement of the electronic module 4, the angled Montageplat i ne 4a and the fan 3.
- the electronic module 4 is composed of individual electronic components (not shown), for example, as surface mounted components, so- ⁇ called SMD components on which the fan 3 facing surface of the angled mounting board 4a are mounted.
- the electronics 4 includes driver circuits for powering the LED array 100 and a control device for controlling individual light-emitting diodes or light-emitting diode groups of the LED array and a power supply scarf ⁇ tion for the fan 3.
- the electronics 4 has an electrical power consumption of about 7 watts and the LED - array has an electrical power of about 33 watts, so that the illumination device has a total electric power consumption of about 40 watts to ⁇ .
- the housing 1 has a width of 75 cm, which corresponds to the distance between the two narrow walls 14, 15.
- the depth of the housing 1 to the distance Zvi ⁇ 's front wall 10 and rear wall 11 of the housing 1 speaks ent ⁇ is 45 cm.
- the height of the housing 1, which corresponds to the distance between the wide walls 12, 13 of the housing 1, is 55 cm.
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Abstract
Beleuchtungseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Halbleiterlichtquellenanordnung (100), die thermisch mittels mindestens eines Wärmerohres (201, 202) an einen Kühlkörper (2) gekoppelt ist, und Belüftungsmittel für den Kühlkörper (2) vorgesehen sind, die mindestens einen Ventilator (3) umfassen, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Elektronik (4) zum Betrieb der Halbleiterlichtquellenanordnung (100) aufweist, die im Wirkungsbereich des mindestens einen Ventilators (3) angeordnet ist oder die thermisch mittels des mindestens einen Wärmerohres (201, 202) an den Kühlkörper (2) gekoppelt ist.
Description
Beleuchtungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
I . Stand der Technik
Eine derartige Beleuchtungseinrichtung ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2007 028 301 AI offen- bart . Diese Schrift beschreibt einen Fahrzeugscheinwerfer mit einem Gehäuse, mit mindestens einer Halbleiterlicht¬ quelle, die in dem Gehäuse angeordnet ist und mittels mindestens einer Heatpipe thermisch mit einem Kühlkörper verbunden ist, und mit Belüftungsmitteln, die einen Ven- tilator zur Belüftung des Kühlkörpers aufweisen.
I I . Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Be¬ leuchtungseinrichtung bereitzustellen, die eine Elektronik zum Betrieb der Halbleiterlichtquellen umfasst und zusätzlich zur Kühlung der Halbleiterlichtquellen auch eine zuverlässige Kühlung der zum Betrieb der Halbleiterlichtquellen erforderlichen Elektronik ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Beleuch¬ tungseinrichtung mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfin- dung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besitzt eine Halbleiterlichtquellenanordnung, die thermisch mittels mindestens eines Wärmerohres an einen Kühlkörper gekop¬ pelt ist, und Belüftungsmittel für den Kühlkörper, die
mindestens einen Ventilator umfassen, sowie eine Elektro¬ nik zum Betrieb der Halbleiterlichtquellenanordnung, die im Wirkungsbereich des mindestens einen Ventilators ange¬ ordnet ist oder die thermisch mittels des mindestens ei- nen Wärmerohrs an den Kühlkörper gekoppelt ist. Dadurch wird eine effiziente Kühlung sowohl der Halbleiterlicht¬ quellen als auch der zum Betrieb der Halbleiterlichtquel¬ len erforderlichen Elektronik ermöglicht. Außerdem bilden bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit die Halb- leiterlichtquellen und die ihnen zugeordnete Elektronik eine Baueinheit, so dass die erfindungsgemäße Beleuch¬ tungseinheit als Modul in einem Fahrzeugscheinwerfer, beispielsweise zum Erzeugen von Abblendlicht, Fernlicht, Nebellicht, Dauerfahrlicht, Positionslicht und Tagfahr- licht, verwendbar ist und im Fall eines Defekts auf ein¬ fache Weise gegen eine andere baugleiche Beleuchtungsein¬ heit ausgetauscht werden kann. Die von den Halbleiterlichtquellen während ihres Betriebs erzeugte Wärme wird mittels des mindestens einen Wärmerohres zu dem Kühlkör- per geleitet und über diesen unter Mitwirkung des mindestens einen Ventilators an die Umgebung abgeführt. Da die Elektronik im Wirkungsbereich des mindestens einen Ventilators angeordnet ist oder thermisch mittels des mindes¬ tens einen Wärmerohres an den Kühlkörper gekoppelt ist, wird die von der Elektronik generierte Wärme ebenfalls über den Kühlkörper am die Umgebung abgeführt.
Der Begriff Halblichtquellenanordnung bezeichnet eine Anordnung von einer oder mehreren Leuchtdioden oder Laserdioden, die während ihres Betriebs, gegebenenfalls unter Mitwirkung von Leuchtstoffen, weißes oder farbiges Licht
oder Infrarotstrahlung emittieren. Der Begriff Wärmerohr bezeichnet eine Heatpipe, bei der unter Ausnutzung des Kapillareffekts die kondensierte Flüssigkeit zum Verdamp¬ fer zurückgeführt wird, oder ein Thermosiphon, bei dem unter Ausnutzung der Schwerkraft die kondensierte Flüs¬ sigkeit zum Verdampfer zurückgeführt wird.
Die zum Betrieb der Halbleiterlichtquellen erforderliche Elektronik ist vorteilhafterweise auf einem Träger, bei¬ spielsweise auf einer Montageplatte oder einem Leiterrah- men (Leadframe) angeordnet, um eine einfache Montage und Kontaktierung sowie räumlich kompakte Anordnung der Komponenten der Elektronik zu ermöglichen.
Der Träger für die Elektronik weist vorzugsweise mindes¬ tens eine dem mindestens einen Ventilator zugewandte Mon- tagefläche auf, auf der Elektronikkomponenten angeordnet sind, um eine optimale Belüftung der Elektronikkomponenten mittels des mindestens einen Ventilators zu gewähr¬ leisten. Vorzugsweise ist der Träger für die Elektronik zusätzlich thermisch an das mindestens eine Wärmerohr ge- koppelt, um die von der Elektronik erzeugte Wärme zusätzlich auch über das Wärmerohr an den Kühlkörper abzuführen. Die von der Elektronik erzeugte Wärme wird vorzugs¬ weise mittels des mindestens einen Ventilators als auch mittels des mindestens einen Wärmerohrs und des Kühlkör- pers an die Umgebung abgeführt.
Vorteilhafterweise umfasst die Halbleiterlichtquellenan¬ ordnung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung eine Trägerplatte, vorzugsweise eine Metallkernplatine, auf deren Oberfläche die Halbleiterlichtquellen angeordnet
sind und die thermisch an das mindestens eine Wärmerohr gekoppelt ist. Die Trägerplatte ermöglicht eine einfache Montage, elektrische Kontaktierung und thermische Kopp¬ lung der Halbleiterlichtquellen an eine Kühlvorrichtung. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist vorteilhafterweise ein Gehäuse auf, in dessen Innenraum die Elektronik und der mindestens eine Ventilator angeordnet sind. Das Gehäuse schützt die Komponenten der Elektronik vor Schmutz und Beschädigung und ermöglicht ferner eine elektromagnetische Abschirmung der Elektronik. Zwecks elektromagnetischer Abschirmung der Elektronik kann das Gehäuse auf seiner Innenseite oder Außenseite metalli¬ siert sein und gegebenenfalls mit einem internen Massebe¬ zugspotenzial der Elektronik verbunden sein. Der Kühlkörper der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung weist vorteilhafterweise Kühlrippen oder durch Schlitze voneinander getrennte Lamellen auf, um eine op¬ timale Belüftung mit Hilfe des mindestens einen Ventila¬ tors zu gewährleisten. Vorzugsweise besitzt das Gehäuse mindestens eine Wand mit einer Aussparung für die Kühlrippen oder für die durch Schlitze getrennte Lamellen des Kühlkörpers, um eine Be¬ lüftung der im Innenraum angeordneten Elektronik mit Hilfe des mindestens einen Ventilators zu ermöglichen. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung weisen zwei einander gegenüber liegende Wände des Gehäuses Aussparungen für die Kühlrippen bzw. Lamellen des Kühlkörpers auf, um durch die Schlitzen zwischen den Kühlrippen bzw. Lamellen
des Kühlkörpers einen Luftstrom in den Innenraum des Ge¬ häuses zu erlauben.
Zwecks optimaler Belüftung der Elektronik und des Kühlkörpers umschließen der Träger für die Elektronik und die Kühlrippen bzw. Lamellen des Kühlkörpers vorzugsweise den mindestens einen Ventilator.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Eine isometrische Darstellung der Beleuchtungs¬ einrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Sicht auf die Vor¬ derseite der Beleuchtungseinrichtung
Figur 2 Eine isometrische Darstellung der in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung mit zusätzlicher Primäroptik
Figur 3 Eine isometrische Darstellung der in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung mit Sicht auf die Rückseite der Beleuchtungseinrichtung
Figur 4 Einen Querschnitt durch die in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung entlang der parallel zur Vorder- und Rückseite verlaufenden Querschnittsebene G-G
Figur 5 Eine erste Seitenansicht der in Figur 1 abge¬ bildeten Beleuchtungseinrichtung
Figur 6 Einen Querschnitt durch die in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung entlang der senkrecht zur Vorder- und Rückseite verlaufenden Querschnittsebene F-F Figur 7 Eine Draufsicht auf die Vorderseite der in Fi¬ gur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung
Figur 8 Eine zweite Seitenansicht der in Figur 1 abge¬ bildeten Beleuchtungseinrichtung in einer um 90 Grad gegenüber der Figur 5 gedrehten Ansicht Figur 9 Einen Querschnitt durch die in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung entlang der senkrecht zur Vorder- und Rückseite verlaufenden Querschnittsebene H-H
Figur 10 Eine Draufsicht auf die Vorderseite des Kühl- körpers der in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung
Figur 11 Eine erste Seitenansicht des in Figur 10 abge¬ bildeten Kühlkörpers
Figur 12 Eine Draufsicht auf die Rückseite des in Figur
10 abgebildeten Kühlkörpers
Figur 13 Eine isometrische Darstellung des in Figur 10 abgebildeten Kühlkörpers
Figur 14 Eine zweite Seitenansicht des in Figur 10 abge¬ bildeten Kühlkörpers in einer um 90 Grad gegen- über der in Figur 11 gedrehten Darstellung
Figur 15 Einen Querschnitt durch die Elektronik und den Ventilator der in Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung entlang der parallel zur vorder- und Rückseite der Beleuchtungseinrichtung verlaufenden Querschnittsebene C-C
Figur 16 Eine erste Seitenansicht der Elektronik der in
Figur 1 abgebildeten Beleuchtungseinrichtung
Figur 17 Einen Querschnitt durch die Elektronik und den
Ventilator entlang der senkrecht zur Vorder- und Rückseite der Beleuchtungseinrichtung verlaufenden Querschnittsebene A-A
Figur 18 Eine Draufsicht auf die Vorderseite der in Fi¬ gur 15 abgebildeten Elektronik
Figur 19 Eine zweite Seitenansicht der in Figur 15 abge- bildeten Elektronik in einer um 90 Grad gegenüber der Figur 16 gedrehten Darstellung
Figur 20 Eine Querschnitt durch die Elektronik und den
Ventilator entlang der senkrecht zur Vorder- und Rückseite der Beleuchtungseinrichtung ver- laufenden Querschnittsebene B-B
Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine schematischer Darstellung einer bevorzugten Aus führungs form der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung, die für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug als Frontscheinwerfer vorgesehen ist, um die Beleuchtungsfunktionen, Abblendlicht, Fernlicht, Ne¬ bellicht, Tagfahrlicht, Positionslicht und Parklicht zu damit zu verwirklichen.
Diese Beleuchtungseinrichtung besitzt ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 1 mit einer Vorderwand 10, einer Rückwand 11, zwei einander gegenüberliegenden breiten Seitenwänden 12, 13 und zwei einander gegenüberliegenden schmalen Seitenwänden 14, 15. Das Gehäuse besteht aus Metall oder aus Kunststoff. Im Fall eines aus Kunststoff bestehenden Gehäuses können die Innenseite oder die Au¬ ßenseite der Gehäusewände metallisiert sein, um eine elektromagnetische Abschirmung der im Inneren des Gehäuse angeordneten elektronischen Komponenten zu ermöglichen. Zu diesem Zweck kann das Metallgehäuse bzw. können die metallisierten Wände des Kunststoffgehäuses über eine Verbindung zum internen Massebezugspotenzial einer Elekt¬ ronik 4 oder über die Fahrzeugkarosserie auf Massepoten- zial gelegt sein. Figur 1 zeigt eine isometrische Dar¬ stellung der Beleuchtungseinrichtung mit Sicht auf die Vorderwand 10 des Gehäuses 1. In der Vorderwand 10 ist eine Aussparung angeordnet, durch die eine Leuchtdiodenanordnung 100 hindurchragt. Bei der Leuchtdiodenanordnung 100 handelt es sich um eine Vielzahl von Leuchtdioden, die reihenweise und spaltenweise auf einer Trägerplatte, insbesondere auf einer Metallkernplatine, angeordnet sind. Eine solche Leuchtdiodenanordnung 100 wird auch oft als LED-Array bezeichnet. Bei den Leuchtdioden handelt es sich vorzugsweise um Leuchtdioden, die während ihres Be¬ triebs mit Hilfe von Leuchtstoffen weißes Licht erzeugen. Zusätzlich kann das LED-Array auch Leuchtdioden umfassen, die während ihres Betriebs Infrarotstrahlung erzeugen, um als Strahlungsquelle für ein Nachtsichtsystem des Fahr- zeugs zu dienen. Weiterhin kann das LED-Array 100 auch Leuchtdioden umfassen, die während ihres Betriebs orange-
farbenes Licht emittieren und als Lichtquellen für den Fahrtrichtungsanzeiger des Fahrzeugs dienen. Vorzugsweise ist auf dem LED-Array 100 eine Optik 101 angeordnet, die das von den Leuchtdioden emittierte Licht bündelt und in vorgegebene Richtungen lenkt. Die schmalen Seitenwände 14, 15 des Gehäuses weisen jeweils eine Aussparung auf, in der Lamellen 211, 221 eines Kühlkörpers 2 der Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind, so dass über Schlitze zwischen den Lamellen 211, 221 ein Luftstrom durch das Gehäuse ermöglicht wird (Fig. 1 und 3) . In der Rückwand 11 des Gehäuses 1 ist mittig ein kreisförmiger Durchbruch 110 für einen Ventilator 3 angeordnet. Außerdem ist an der Rückwand 11 des Gehäuses 1 ein Stecker 111 angeord¬ net, der als elektrischer Anschluss der Beleuchtungsein- richtung dient. Insbesondere ermöglicht der Stecker 111 eine Stromversorgung einer innerhalb des Gehäuses 1 ange¬ ordneten Elektronik 4 zum Betrieb und zur Steuerung des LED-Arrays 100 und des Ventilators 3.
Innerhalb des Gehäuses 1 sind ein Kühlkörper 2 und ein Ventilator 3 sowie eine Elektronik 4 zum Betrieb der Leuchtdioden des LED-Arrays angeordnet. Der Kühlkörper 2 und der Ventilator 3 dienen zur Kühlung des LED-Arrays 100 und der Komponenten der Elektronik 4. Der Aufbau des Kühlkörpers 2 ist in den Figuren 10 bis 14 schematisch dargestellt. Die räumliche Anordnung des Kühlkörpers 2, Ventilators 3 und der Elektronik 4 im Innenraum des Gehäuses 1 ist schematisch in den Figuren 4 bis 9 dargestellt.
Der Kühlkörper 2 besitzt eine rechteckige Basisplatte 20, die an ihrer Vorderseite 20a Vertiefungen in der Oberflä-
- lo che aufweist, in denen zwei Heatpipes 201, 202 angeordnet sind. Die Enden 201a, 201b, 202a, 202b der zwei Heatpipes 201, 202 sind jeweils durch einen Durchbruch in der Basisplatte 20 hindurchgeführt, so dass sie aus der Rück- seite 20b der Basisplatte 20 herausragen und von dieser senkrecht abstehen. Die Mittelabschnitte 201c, 202c der beiden Heatpipes 201, 202 verlaufen in den Vertiefungen, an der Oberfläche der Vorderseite 20a der Basisplatte 20. Außerdem besitzt der Kühlkörper 2 zwei Stapel 21, 22 von schichtweise angeordneten Lamellen 211, 221. Die Stapel 21, 22 sind mit Abstand zueinander an der Rückseite 20b der Basisplatte 20 angeordnet. Die Lamellen 211, 221 ver¬ laufen jeweils parallel zur Basisplatte 20 und sind be¬ nachbarte Lamellen 211 bzw. 221 sind jeweils durch einen Schlitz voneinander getrennt. Die ersten Enden 201a, 202a der beiden Heatpipes 201, 202 sind jeweils durch Durchbrüche in den Lamellen 211 des ersten Stapels 21 hindurchgeführt und die zweiten Enden 201b, 202b der beiden Heatpipes sind jeweils durch Durchbrüche in den Lamellen 221 des zweiten Stapels 22 hindurchgeführt und mit ihnen verbunden. Die ersten Enden 201a, 202a der Heatpipes 201, 202 tragen somit den ersten Lamellenstapel 21 des Kühlkörpers 2 und die zweiten Enden 201b, 202b tragen den zweiten Lamellenstapel 22 des Kühlkörpers 2. Außerdem be- steht dadurch eine thermische Kopplung zwischen den Enden 201a, 201b, 202a, 202b der Heatpipes 201, 202 und den La¬ mellen 211, 221 des Kühlkörpers 2. Die Lamellen 211, 221 und die Basisplatte 20 bestehen aus Kupfer oder einem anderen gut Wärme leitenden Material. Die Mittelabschnitte 201c, 202c bilden die sogenannte Verdampfungszone der Heatpipes 201, 202, die mit der zu kühlenden Wärmequelle
in thermischen Kontakt gebracht wird und an der das Kühl¬ mittel der Heatpipes 201 , 202 durch die Wärme von der Wärmequelle verdampft wird. Die vier Enden 201a, 201b, 202a, 202b bilden die sogenannte Kondensationszone der beiden Heatpipes 201, 202, an der das Kühlmittel der Heatpipes 201, 202 kondensiert und die Wärme an die La¬ mellen 211, 221 des Kühlkörpers abgeführt wird. Die Heat¬ pipes 201, 202 bestehen beispielsweise aus Kupfer und verwenden Wasser als Kühlmittel. Der Rücktransport des an den Enden der Heatpipes kondensierten Kühlmittels zu den Mittelabschnitten der Heatpipes erfolgt mittels Kapillareffekt .
Die räumliche Anordnung des Kühlkörpers 2 bezüglich des LED-Arrays 100, Ventilators 3 und der Elektronik 4 ist in den Figuren 4 bis 9 schematisch dargestellt. Figur 9 zeigt einen Querschnitt durch die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus der man die thermische Kopplung zwischen dem Kühlkörper 2 und dem LED-Array 100 und die Anordnung des Venti- lators 3 sowie der Elektronik 4 ersehen kann. Die als Metallkernplatine ausgebildete Trägerplatte 100a des LED- Arrays 100 liegt unmittelbar auf der Oberfläche der Ba¬ sisplatte 20, an deren Vorderseite 20a, auf und befindet sich damit in unmittelbarem Kontakt mit den Mittelab- schnitten 201c, 202c der beiden Heatpipes 201, 202, die in Vertiefungen an der Vorderseite 20a der Basisplatte 20 des Kühlkörpers 2 verlaufen. Die von dem LED-Array 100 während des Betriebs erzeugte Wärme wird über die Träger¬ platte 100a an die Mittelabschnitte 201c, 202c der beiden Heatpipes 201, 202 abgegeben und über die Enden 201a,
201b, 202a, 202b der Heatpipes 201, 202 an die Lamellen 211, 221 der beiden Lamellenstapel 21, 22 des Kühlkörpers 2 abgeführt. Außerdem sind in dem Zwischenraum zwischen den beiden Lamellenstapeln 21, 22 des Kühlkörpers 2 eine Elektronik 4 und ein Ventilator 3 angeordnet. Die Komponenten der Elektronik 4 sind auf einer Montageplatte 4a montiert, die an der Rückseite 20b der Basisplatte 20 des Kühlkörpers 2 anliegt. Daher besteht eine thermische Kopplung zwischen der Elektronik 4 und den in der Basis- platte 20 verlaufenden Mittelabschnitten 201c, 202c der Heatpipes 201, 202, so dass die von der Elektronik 4 während des Betriebs erzeugte Wärme ebenfalls über die Mon¬ tageplatte 4a und die Heatpipes 201, 202 zu den Lamellen 211, 221 des Kühlkörpers 2 abgeführt wird. Die Heatpipes 201, 202 dienen somit sowohl zur Kühlung des LED-Arrays 100 als auch zur Kühlung der Elektronik 4. Die Rotationsachse 3a des Ventilators 3 verläuft senkrecht zur Basis¬ platte 20 des Kühlkörpers 2 und zur Vorderwand 10 und Rückwand 11 des Gehäuses 1 der Beleuchtungseinrichtung. Der Ventilator 3 füllt nahezu den gesamten verbleibenden Zwischenraum zwischen den beiden Lamellenstapeln 21, 22 des Kühlkörpers 2 aus und ermöglicht eine optimale Belüf¬ tung der Lamellen 211, 221 der Lamellenstapel 21 ,22 des Kühlkörpers 2. Insbesondere wird mittels des Ventilators 3 ein Luftstrom durch die Schlitze zwischen den Lamellen 211, 221 der Lamellenstapel 21, 22 des Kühlkörpers 2 er¬ möglicht .
Die Elektronik 4 ist U-förmig um den Ventilator 3 in dem Zwischenraum zwischen den beiden Lamellenstapeln 21, 22 des Kühlkörpers 2 angeordnet. Die Elektronikkomponenten
der Elektronik 4 sind beispielsweise auf einem abgewin¬ kelten Leiterrahmen (Leadframe) oder einer abgewinkelten Montageplatine 4a oder auf mehreren, im rechten Winkel zueinander angeordneten Abschnitten einer Montageplatine montiert. Die besonders Wärme empfindlichen Elektronik¬ komponenten oder die besonders viel Wärme erzeugenden Elektronikkomponenten sind vorzugsweise auf dem Abschnitt der Montageplatine 4a oder des Leiterrahmens montiert, der unmittelbar an der Basisplatte 20 des Kühlkörpers an- liegt, um deren Wärme mittels der Heatpipes 201, 202 be¬ sonders effizient abführen zu können. Die U-Schenkel der U-förmig angeordneten Elektronik 4 verlaufen parallel zur Vorderwand 10 und Rückwand 11 des Gehäuses 1. Die auf den U-Schenkeln montierten Elektronikkomponenten sind vor- zugsweise auf der dem Ventilator 3 zugewandten Oberfläche der Montageplatine bzw. des Leiterrahmens angeordnet, um eine optimale Belüftung dieser Elektronikkomponenten mittels des Ventilators 3 zu erlauben. Die Elektronik 4 ist mit dem Stecker 111 an der Rückwand 11 des Gehäuses 1 verbunden, um eine Stromversorgung der Elektronik 4 und des LED-Arrays zu gewährleisten. Der Stecker 111 ist mit Leiterbahnen auf der Montageplatine 4a kontaktiert.
Die Figuren 15 bis 20 zeigen schematisch die relative Anordnung der Elektronik 4, der abgewinkelten Montageplat i- ne 4a und des Ventilators 3. Die Elektronik 4 besteht aus einzelnen Elektronikkomponenten (nicht abgebildet) , die beispielsweise als oberflächenmontierte Bauteile, soge¬ nannte SMD-Bauteile, auf der dem Ventilator 3 zugewandten Oberfläche der abgewinkelten Montageplatine 4a montiert sind.
Die Elektronik 4 beinhaltet Treiberschaltungen zur Stromversorgung des LED-Arrays 100 und eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung einzelner Leuchtdioden oder Leuchtdiodengruppen des LED-Arrays sowie eine Stromversorgungsschal¬ tung für den Ventilator 3. Die Elektronik 4 hat eine elektrische Leistungsaufnahme von ca. 7 Watt und das LED- Array besitzt eine elektrische Leistungsaufnahme von ca. 33 Watt, so dass die Beleuchtungseinrichtung insgesamt eine elektrische Leistungsaufnahme von ca. 40 Watt auf¬ weist.
Das Gehäuse 1 besitzt eine Breite von 75 cm, die dem Ab¬ stand zwischen den beiden schmalen Wänden 14, 15 entspricht. Die Tiefe des Gehäuses 1, die dem Abstand zwi¬ schen Vorderwand 10 und Rückwand 11 des Gehäuses 1 ent¬ spricht, beträgt 45 cm. Die Höhe des Gehäuses 1, die dem Abstand zwischen den breiten Wänden 12, 13 des Gehäuses 1 entspricht, beträgt 55 cm.
Claims
Ansprüche
Beleuchtungseinrichtung mit einer Halbleiterlichtquellenanordnung (100), die thermisch mittels mindestens eines Wärmerohres (201, 202) an einen Kühl¬ körper (2) gekoppelt ist, und Belüftungsmittel für den Kühlkörper (2) vorgesehen sind, die mindestens einen Ventilator (3) umfassen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung eine Elektronik (4) zum Betrieb der Halbleiterlichtquellenanordnung (100) aufweist, die im Wirkungsbereich des mindestens einen Ventilators (3) angeordnet ist oder die thermisch mittels des mindestens einen Wärmerohres (201, 202) an den Kühlkörper (2) gekoppelt ist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Elektronik (4) auf einem Träger (4a) angeordnete Elektronikkomponenten umfasst.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Träger (4a) mindestens eine dem mindestens einen Ventilator (3) zugewandte Montagefläche aufweist, auf der Elektronikkomponenten angeordnet sind.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Träger (4a) thermisch an das mindestens ei¬ ne Wärmerohr (201, 202) gekoppelt ist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterlichtquellenanordnung (100) eine Trägerplatte (100a) umfasst, auf deren Oberfläche Halb¬ leiterlichtquellen angeordnet sind, und die Träger-
platte (100a) thermisch an das mindestens eine Wär¬ merohr (201, 202) gekoppelt ist.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beleuchtungseinrichtung ein Gehäuse (1) aufweist, in dessen Innenraum die Elektronik (4) und der mindestens eine Ventilator (3) angeord¬ net sind.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Kühlkörper durch Schlitze voneinander getrennte Lamellen (211, 221) oder Kühlrippen besitzt .
Beleuchtungseinrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, wobei das Gehäuse (1) mindestens eine Wand (14, 15) besitzt, die eine Aussparung für die Lamellen (211, 221) oder Kühlrippen des Kühlkörpers (2) aufweist.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 8, wobei das Gehäuse (1) zwei einander gegenüberliegende Wände (14, 15) besitzt, die Aussparungen für die Lamellen (211, 221) oder Kühlrippen des Kühlkörpers (2) aufweisen.
Beleuchtungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Träger (4a) für die Elektronik (4) und die Lamellen (211, 221) des Kühlkörpers (2) den mindestens einen Ventilator (3) umschließen .
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