DE102008001066B4 - Kühlvorrichtung zur Kühlung von LED-Lichtquellen - Google Patents

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Abstract

Kühlvorrichtung (6) zur Kühlung von LED-Lichtquellen (5) in einem Gehäuse (1) eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers (2), bestehend aus einem Kühlkörper (7), wobei zumindest eine LED-Lichtquelle (5) auf einer Aussenseite (8) des Kühlkörpers (7) befestigbar ist, und wobei der Kühlkörper (7) zumindest einen Hohlraum (9) aufweist, welcher zumindest eine Lufteintrittsöffnung (10) und zumindest eine Luftaustrittsöffnung (11) aufweist, wobei die zumindest eine Lufteintrittsöffnung (10) mit einem unterhalb des Hohlraumes (9) liegenden Gehäuse-Aussenraumes (12) in Verbindung steht, dergestalt, dass Luft aus dem Gehäuse-Aussenraum (12) in die Hohlkammer (9) einströmen kann, und die zumindest eine Luftaustrittsöffnung (11) mit einem oberhalb des Hohlraumes (9) liegenden Gehäuse-Aussenraum (13) in Verbindung steht, dergestalt, dass warme Luft aus dem Hohlraum (9) in den Gehäuse-Aussenraum (13) ausströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Luftaustrittsöffnung (11) des einen Hohlraumes (9) des Kühlkörpers (7) mittels zumindest eines Rohres (14) mit dem oberen Gehäuse-Aussenraum (13) verbunden ist, wobei das zumindest eine Rohr (14) aus einer oberen Gehäuseöffnung (15) aus dem Gehäuse (1) heraustritt bzw. mit der Gehäuseaussenseite bündig abschliesst und/oder das zumindest eine Rohr (14) aus einer unteren Gehäuseöffnung (16) aus dem Gehäuse (1) heraustritt bzw. mit der Gehäuseaussenseite bündig abschliesst.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Kühlung von LED-Lichtquellen eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers, bestehend aus einem Kühlkörper, wobei zumindest eine LED-Lichtquelle auf einer Außenseite des Kühlkörpers befestigbar ist, und wobei der Kühlkörper zumindest einen Hohlraum aufweist, welcher zumindest eine Lufteintrittsöffnung und zumindest eine Luftaustrittsöffnung aufweist, wobei die zumindest eine Lufteintrittsöffnung mit einem unterhalb des Hohlraumes liegenden Gehäuse-Außenraumes in Verbindung steht, dergestalt, dass Luft aus dem Gehäuse-Außenraum in die Hohlkammer einströmen kann, und die zumindest eine Luftaustrittsöffnung mit einem oberhalb des Hohlraumes liegenden Gehäuse-Außenraum in Verbindung steht, dergestalt, dass warme Luft aus dem Hohlraum in den Gehäuse-Außenraum ausströmen kann.
  • Generell erzeugen LED-Lichtquellen, welche üblicherweise aus einem oder mehreren LED-Platinen mit je einer oder mehreren Leuchtdioden bestehen, im Betrieb eine relativ große Wärmemenge, welche abgeführt werden muss. Dazu werden die LED-Lichtquellen auf einem Kühlkörper angeordnet, über welchen die entstehende Wärme abgeführt wird.
  • Beispielsweise sind Kühlkörper bekannt, welche einen Hohlraum aufweisen, welcher an einen Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeuges anschließbar ist, sodass die Wärme über den Kühlkörper auf das Kühlmittel übertragen und von diesem abgeführt werden kann. Ein solches System ist natürlich aufwändig in der Installation und muss an den Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeuges adaptiert werden.
  • Es sind auch Kühlkörper bekannt, welchen einen Hohlraum bzw. einen von einer Seite bis zur anderen Seite durchgehenden Kanal für die Durchströmung von Luft aufweisen. Kühleinrichtung mit einem solchen Kühlkörper sind wesentlich einfacher zu installieren. Allerdings tritt generell das Problem auf, dass bei Kühlkörpern, bei welchen es aus bauraumtechnischen Gründen oder auf Grund der speziellen lichttechnischen Vorgaben notwendig ist, die LED-Lichtquelle(n) in einem oberen Bereich des Kühlkörper anzubringen, es Probleme mit der Wärmeableitung gibt, sodass es zur Überhitzung der LED-Lichtquellen kommen kann, da der Kühlkörper die Wärme oft nicht in einem ausreichenden Ausmaß ableiten kann. Zur besseren Kühlung ist es bekannt, eine Lufteintrittsöffnung mit einem unterhalb des Hohlraumes liegenden Gehäuse-Außenraum zu verbinden, dergestalt, dass Luft aus dem Gehäuse-Außenraum in die Hohlkammer einströmen kann, und wobei die zumindest eine Luftaustrittsöffnung mit einem oberhalb des Hohlraumes liegenden Gehäuse-Außenraum in Verbindung steht, dergestalt, dass warme Luft aus dem Hohlraum in den Gehäuse-Außenraum ausströmen kann.
  • Durch die Abwärme der LED-Lichtquelle(n) heizt sich der Hohlraum in dem Kühlkörper auf, die heiße Luft kann nach oben aus dem Gehäuse des Scheinwerfers entweichen. Über die zumindest eine Öffnung an der Unterseite kommt kalte Umgebungsluft in den Hohlraum nachgeströmt, welche wieder Wärme von dem Kühlkörper aufnehmen und nach oben abführen kann.
  • Durch die aufsteigende warme Luft entsteht ein „Kamineffekt”, welcher zu einer effektiven Frischluftzufuhr in den Hohlraum von unten führt, wodurch besonders effizient die von der/den LED-Lichtquelle(n) erzeugte Wärme abgeführt werden kann.
  • Allerdings sind solche Kühlkörper relativ unflexibel, was den Einbau in das Fahrzeug betrifft und der Kühlkörper muss exakt an die baulichen Gegebenheiten, insbesondere an die Position der Öffnungen zum Außenraum hin gestaltet werden.
  • Aus JP 2007-087665 A ist eine LED-Lampe mit einer Kühlvorrichtung bekannt. Die LED-Lampe umfasst ein Gehäuse mit einer offenen Vorderseite, wenigstens einer LED-Einheit, die derart angeordnet ist, dass sie Licht in Richtung der Vorderseite des Gehäuses emittiert, eine vordere Linse aus einem lichtdurchlässigen Material zum Verschließen der offenen Vorderseite des Gehäuses und ein Mittel zur Wärmeabstrahlung aus einem wärmeleitenden Material als Kühlvorrichtung, welches an der LED-Einheit befestigt und thermisch damit verbunden ist. Die LED-Lampe ist so aufgebaut, dass das Mittel zur Wärmeabstrahlung in einer hohlen zylindrischen Form ausgebildet und in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das obere und untere Ende des Mittels zur Wärmeabstrahlung jeweils mittels Dichtungselementen luftdicht mit Durchgangslöchern auf der oberen und der unteren Oberfläche des Gehäuses abgeschlossen ist. Hierdurch kann Wärme der LED-Lampe effizient zur Außenseite abgestrahlt werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen wesentlich einfacheren und flexibleren Einbau eines Kühlkörpers in ein Fahrzeug zu ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Kühlvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Auf diese Weise lässt sich der Kühlkörper in dem Gehäuse relativ frei entsprechend den baulichen Gegebenheiten positionieren.
  • Besonders stabil lässt sich die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung realisieren, wenn der Kühlkörper im Inneren des Gehäuses in einem unteren Bereich des Gehäuses an dem Gehäuse angebracht ist und der Kühlkörper mit einer die zumindest eine Lufteintrittsöffnung aufweisenden Fläche dem Gehäuse zugewandt ist und die Lufteintrittsöffnung über eine untere Gehäuseöffnung mit dem Gehäuse-Außenraum in Verbindung steht.
  • Neben der stabilen Anbringung des Kühlkörper an dem Gehäuse kann hier außerdem noch die Lufteintrittsöffnung besonders groß gestalten werden, sodass ausreichend kühle Frischluft von Außen in den Hohlraum nachströmen kann.
  • Hinsichtlich eines einfachen Einbaus der Kühlvorrichtung ist es von Vorteil, wenn das zumindest eine Rohr als flexibler Schlauch ausgebildet ist. Außerdem ist ein solcher Schlauch auch besonders widerstandsfähig gegen Erschütterungen, Vibrationen etc. und kann auch bei schwierigen Bauraumverhältnissen in dem Gehäuse entsprechend positioniert werden.
  • Der Schlauch kann dabei zumindest abschnittsweise elastisch sein, herstellungstechnisch und hinsichtlich der Flexibilität kann es aber von Vorteil sein, wenn der gesamte Schlauch elastisch ist.
  • Um die auftretenden Belastungen dauerhaft auszuhalten, ist es weiter günstig, wenn das zumindest eine Rohr wärme- bzw. hitzebeständig ist, und um die gesamte warme Luft aus dem Hohlraum ableiten zu können, ist es weiters von Vorteil, wenn das zumindest eine Rohr an einem im eingebauten Zustand des Kühlkörper obersten Bereich des zumindest einen Hohlraumes angeordnet ist.
  • Weiters betrifft die Erfindung einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer oben beschriebenen Kühlvorrichtung.
  • Im Folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erörtert. In dieser zeigt
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Scheinwerfergehäuses mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung von schräg Vorne,
  • 2 das Gehäuse aus 1 in einer Ansicht von Vorne,
  • 3 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung von schräg Hinten,
  • 4 eine Ansicht der Kühlvorrichtung aus 3 von schräg Vorne,
  • 5 eine perspektivische Ansicht eines Vertikalschnittes durch das Gehäuse und der Kühlvorrichtung
  • 6 eine Ansicht des Gehäuses ohne eingesetzte Kühlvorrichtung.
  • 1 und 2 zeigen ein Gehäuse 1 eines Fahrzeugscheinwerfers 2, in welchem ein Lichtmodul 3 angeordnet ist. In Lichtaustrittsrichtung vor dem Lichtmodul 3 ist ein Leuchtring 4 angeordnet, in welchen Licht von einer LED-Lichtquelle 5 eingespeist wird. Durch Beleuchtung des Leuchtringes 4 mit der LED-Lichtquellen 5 kann beispielsweise ein Standlicht oder Begrenzungslicht realisiert werden.
  • Die LED-Lichtquelle 5 ist an der Unterseite des Leuchtringes 4 angeordnet, von wo Licht in den Leuchtring eingespeist wird.
  • Zur Kühlung der LED-Lichtquelle 5 ist eine Kühlvorrichtung 6 vorgesehen. Die Kühlvorrichtung 6, die unter anderem in 3 und 4 näher dargestellt ist, umfasst einen Kühlkörper 7, an dessen Außenseite 8 in einem oberen Bereich die LED-Lichtquelle 5 angebracht ist.
  • Der Kühlkörper 7 weist einen Hohlraum 9 auf, welcher eine Lufteintrittsöffnung 10 und eine Luftaustrittsöffnung 11 aufweist. Generell gilt, dass eine Hohlkörper auch mehrere Öffnungen für den Lufteintritt und/oder Luftaustritt aufweisen kann und dass auch mehrere Hohlkörper vorgesehen sein können. Am einfachsten und in der Regel ausreichend effizient ist allerdings auch ein Kühlkörper in der dargestellten Variante mit nur einem Hohlraum und je einer Öffnung.
  • Die Lufteintrittsöffnung 10 steht mit einem unterhalb des Hohlraumes 9 liegenden Gehäuse-Außenraumes 12 in Verbindung, dergestalt, dass Luft aus dem Gehäuse-Außenraum 12 in die Hohlkammer 9 einströmen kann.
  • Die Luftaustrittsöffnung 11 steht mit einem oberhalb des Hohlraumes 9 liegenden Gehäuse-Außenraum 13 in Verbindung, dergestalt, dass warme Luft aus dem Hohlraum 9 in den Gehäuse-Außenraum 13 ausströmen kann.
  • Durch die Abwärme der LED-Lichtquelle 5 heizt sich der Hohlraum 9 in dem Kühlkörper 7 auf und die heiße Luft kann nach oben aus dem Gehäuse 1 des Scheinwerfers 2 entweichen. Über die Öffnung 10 an der Unterseite kommt kalte Umgebungsluft in den Hohlraum 9 nachgeströmt, welche wieder Wärme von dem Kühlkörper 7 aufnehmen und nach oben abführen kann.
  • Durch die aufsteigende warme Luft entsteht ein „Kamineffekt”, welcher zu einer effektiven Frischluftzufuhr in den Hohlraum 9 von unten führt, wodurch besonders effizient die von der LED-Lichtquelle 5 erzeugte Wärme abgeführt werden kann.
  • Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Luftaustrittsöffnung 11 des Hohlraumes 9 des Kühlkörpers 7 mittels eines Rohres 14 mit dem oberen Gehäuse-Außenraum 13 verbunden. Zur Herstellung der Verbindung mit dem Außenraum 13 ist dabei vorgesehen, dass das Rohr 14 aus einer oberen Gehäuseöffnung 15 aus dem Gehäuse 1 heraustritt bzw. mit der Gehäuseaußenseite bündig abschließt. Diese Situation ist unter anderem in 5 gut zu erkennen, die Öffnungen 15 ist in 6 zu erkennen.
  • Das Rohr 14 ist dabei vorzugsweise im Bereich der oberen Gehäuseöffnung 15 gegen das Gehäuse 1 abgedichtet.
  • Der Kühlkörper 7 ist wie dargestellt im Inneren des Gehäuses 1 in einem unteren Bereich des Gehäuses 1 an dem Gehäuse angebracht ist. Dabei ragt der Kühlkörper 7 mit einem unteren Abschnitt, dessen untere Fläche 17 die Lufteintrittsöffnung 10 aufweist, aus dem Gehäuse 1 heraus und die Lufteintrittsöffnung 10 steht über eine untere Gehäuseöffnung 16 mit dem Gehäuse-Außenraum in Verbindung, in dem sie aus der Gehäuseöffnung 16 herausragt.
  • Der Kühlkörper 7 ist dabei vorzugsweise im Bereich der unteren Gehäuseöffnung 16 gegen das Gehäuse 1 abgedichtet.
  • Der Ausdruck „über eine Gehäuseöffnung mit dem Außenraum in Verbindung stehen” kann dabei einerseits bedeuten, dass wie dargestellt der Kühlkörper oder das Rohr aus der zugeordneten Öffnung im Gehäuse heraussteht. Es kann damit aber auch gemeint sein, dass die Öffnung im Kühlkörper/Rohr an die entsprechende Gehäuseöffnung anschließt.
  • Neben der stabilen Anbringung des Kühlkörper 7 direkt an dem Gehäuse 1 kann hier außerdem noch die Lufteintrittsöffnung 10 besonders groß gestalten werden, sodass ausreichend kühle Frischluft von Außen in den Hohlraum 9 nachströmen kann.
  • Hinsichtlich eines einfachen Einbaus der Kühlvorrichtung 6 ist es von Vorteil, wenn das zumindest eine Rohr 14 als flexibler Schlauch ausgebildet ist. Um die auftretenden Belastungen dauerhaft auszuhalten, ist es weiter günstig, wenn das zumindest eine Rohr 14 wärme- bzw. hitzebeständig ist. Typische Temperaturen, welche in diesem Zusammenhang auftreten, liegen zwischen –40°C und +110°C.
  • Das Rohr (Schlauch) kann aber auch aus einem festen Material wie Kunststoff oder Metall ausgeführt sein. Der Einbau der Kühlvorrichtung wird dadurch aber erschwert. Ein Metallrohr hat den Vorteil, dass es ein guter Wärmeleiter ist und noch besser zur schnellen Wärmeabfuhr beitragen kann.
  • Um die gesamte warme Luft aus dem Hohlraum 9 ableiten zu können, ist es weiters von Vorteil, wenn das Rohr 14 wie dargestellt an einem im eingebauten Zustand des Kühlkörpers 7 obersten Bereich des zumindest einen Hohlraumes 9 angeordnet ist.
  • Der Kühlkörper ist z. B. aus Kupfer oder Aluminium gefertigt und weist in der gezeigten Variante an seiner Unterseite noch Kühlrippen 18 auf.
  • Generell gilt, dass sich Begriff wie „oben”, „unten” etc. immer die Lage des Scheinwerfers im in das Fahrzeug eingebauten Zustand beziehen.
  • Bei einer Lösung mit einem flexiblen Schlauch ist dieser aus einem hitzebeständigen Kunststoff oder Gummi, z. B. Kautschuk gebildet. Ideal hinsichtlich der Werkstoffeigenschaften aber teuer ist ein Silikon-Schlauch.

Claims (8)

  1. Kühlvorrichtung (6) zur Kühlung von LED-Lichtquellen (5) in einem Gehäuse (1) eines Kraftfahrzeug-Scheinwerfers (2), bestehend aus einem Kühlkörper (7), wobei zumindest eine LED-Lichtquelle (5) auf einer Aussenseite (8) des Kühlkörpers (7) befestigbar ist, und wobei der Kühlkörper (7) zumindest einen Hohlraum (9) aufweist, welcher zumindest eine Lufteintrittsöffnung (10) und zumindest eine Luftaustrittsöffnung (11) aufweist, wobei die zumindest eine Lufteintrittsöffnung (10) mit einem unterhalb des Hohlraumes (9) liegenden Gehäuse-Aussenraumes (12) in Verbindung steht, dergestalt, dass Luft aus dem Gehäuse-Aussenraum (12) in die Hohlkammer (9) einströmen kann, und die zumindest eine Luftaustrittsöffnung (11) mit einem oberhalb des Hohlraumes (9) liegenden Gehäuse-Aussenraum (13) in Verbindung steht, dergestalt, dass warme Luft aus dem Hohlraum (9) in den Gehäuse-Aussenraum (13) ausströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Luftaustrittsöffnung (11) des einen Hohlraumes (9) des Kühlkörpers (7) mittels zumindest eines Rohres (14) mit dem oberen Gehäuse-Aussenraum (13) verbunden ist, wobei das zumindest eine Rohr (14) aus einer oberen Gehäuseöffnung (15) aus dem Gehäuse (1) heraustritt bzw. mit der Gehäuseaussenseite bündig abschliesst und/oder das zumindest eine Rohr (14) aus einer unteren Gehäuseöffnung (16) aus dem Gehäuse (1) heraustritt bzw. mit der Gehäuseaussenseite bündig abschliesst.
  2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Lufteintrittsöffnung (10) des einen Hohlraumes (9) des Kühlkörpers (7) mittels zumindest einem Rohr (14) mit dem unteren Gehäuse-Aussenraum (12) verbunden ist.
  3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (7) im Inneren des Gehäuses (1) in einem unteren Bereich des Gehäuses (1) angebracht ist und der Kühlkörper (7) mit einer die zumindest eine Lufteintrittsöffnung (10) aufweisenden Fläche (17) dem Gehäuse (1) zugewandt ist und die Lufteintrittsöffnung (10) über eine untere Gehäuseöffnung (16) mit dem Gehäuse-Aussenraum in Verbindung steht.
  4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (14) als – zumindest abschnittsweise oder in seiner Gesamtheit – flexibler Schlauch ausgebildet ist.
  5. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (14) wärme- bzw. hitzebeständig ist.
  6. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (14) an einem im eingebauten Zustand des Kühlkörpers (7) obersten Bereich des zumindest einen Hohlraumes (9) angeordnet ist.
  7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine LED-Lichtquelle (5) in einem oberhalb des Hohlraumes (9) oder auf gleicher Höhe mit dem Hohlraum (9) liegenden Bereich an der Aussenseite des Kühlkörpers (7) anbringbar ist.
  8. Fahrzeugscheinwerfer mit einer Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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