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Die Anmeldung betrifft eine LED(Light Emitting Diode)-Scheinwerferanordnung mit zumindest einer als LED ausgebildeten Lichtquelle. Sie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen LED-Scheinwerferanordnung sowie ein Verfahren zur Kühlung eines LED-Scheinwerfers.
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Derartige LED-Scheinwerfer werden zunehmend auch bei Kraftfahrzeugen für die Hauptlichtfunktionen Abblend- und/oder Fernlicht eingesetzt. Sie erfordern wegen ihrer starken Wärmeabgabe ein spezielles Kühlkonzept. Hierzu wird typischerweise ein elektrisch betriebener Lüfter in den Scheinwerfergehäusen platziert. Der entstehende Luftstrom kühlt sich an der Abdeckscheibe des Scheinwerfers ab und kühlt somit die LED.
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Derartige elektrisch betriebene Lüfter erfordern jedoch erheblichen Bauraum und verbrauchen darüber hinaus Strom. Teilweise wurde vorgeschlagen, Karosseriebauteile als Wärmesenken zu nutzen. Da diese jedoch zunehmend aus nichtmetallischen, schlecht wärmeleitenden Materialien bestehen, ist dies nicht immer effizient.
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Es ist aus der
DE 10 2007 055 165 A1 bekannt, Kühlmittel aus dem Kühlkreislauf einer Klimaanlage abzuzweigen und zur Kühlung der LED zu verwenden. Diese Lösung erfordert jedoch speziell für diesen Zweck verlegte Kühlmittelleitungen.
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Aufgabe eines Aspekts der Erfindung ist es, eine LED-Scheinwerferanordnung anzugeben, die im Hinblick auf einen geringen Stromverbrauch, eine hohe Lebensdauer sowie geringe Kosten sowohl bei der Montage als auch im Betrieb optimiert ist. Ferner soll die LED-Scheinwerferanlage in ihrer Anordnung flexibel sein und einen geringen Bauraum beanspruchen.
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Aufgabe eines weiteren Aspekts der Erfindung ist es, ein möglichst effizientes Verfahren zur Kühlung von LED-Scheinwerfern anzugeben.
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Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Lösung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einem Aspekt der Anmeldung wird eine LED-Scheinwerferanordnung angegeben, die zumindest eine als LED ausgebildete Lichtquelle sowie zumindest einen Kühlkörper umfasst, mit dem die Lichtquelle wärmeleitend verbunden ist. Bereiche des Kühlkörpers stehen in Kontakt mit einem in einem Kühlmittelbehälter vorgehaltenen flüssigen Kühlmedium.
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Unter einem Kühlmittelbehälter wird dabei hier und im folgenden ein Behälter verstanden, in dem ein Kühlmittelvorrat vorgehalten wird und der im Verhältnis zu entsprechenden Kühlmittelleitungen ein großes Volumen aufweist.
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Bei einer derartigen Scheinwerferanordnung befindet sich demnach zumindest ein Bereich des Kühlkörpers innerhalb eines Kühlmittelbehälters.
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Eine derartige LED-Scheinwerferanordnung nutzt den guten Wärmeaustausch mit einem flüssigen Kühlmittel zur Abführung der entstehenden Wärme. Die Wärme kann somit besonders effektiv abgeführt werden, so dass besonders leistungsstarke LEDs verwendet werden können. Gleichzeitig kann auf viel Bauraum benötigende Elemente wie Ventilatoren verzichtet werden.
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Dies hat den Vorteil, dass die Form und die Position der Scheinwerfer am Kraftfahrzeug weitgehend frei vom technischen Zwang der Wärmeabfuhr gewählt werden können. Es ist damit möglich, auch sehr lange, dünne oder speziell, insbesondere seitlich, positionierte Scheinwerfer bereitzustellen. Dies ist aus Gründen der Versicherungseinstufung und des Fußgängerschutzes wünschenswert.
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Es ist nicht notwendig, für die Kühlung der LED-Scheinwerferanordnung einen eigenen Kühlmittelbehälter vorzusehen. Vielmehr können ohnehin im Fahrzeug vorhandene Kühlmittelbehälter genutzt werden, insbesondere Waschwasserbehälter einer Scheibenwaschanlage, Waschwasserbehälter einer Scheinwerferreinigungsanlage und/oder Kühlwasserbehälter eines Motorkühlsystems.
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Gemäß einer Ausführungsform bilden zumindest Bereiche des Kühlkörpers eine Wand des Kühlmittelbehälters. Bei dieser Ausführungsform weist der Kühlkörper zur Abgabe der Wärme eine große Fläche auf, die eine Wand des Kühlmittelbehälters bildet und somit in Kontakt mit dem Kühlmittel steht.
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Der Kühlkörper kann als massiver metallischer Körper ausgebildet sein und beispielsweise aus Kupfer oder einem anderen gut wärmeleitenden Metall bestehen.
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Alternativ kann der Kühlkörper auch als metallischer Hohlkörper ausgebildet sein und beispielsweise zumindest bereichsweise ein Rohr umfassen, das in das flüssige Kühlmittel eintaucht.
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Der Kühlkörper kann auch als Wärmerohr ausgebildet sein. Wärmerohre sind Wärmeüberträger, die unter Nutzung der Verdampfungswärme eines Stoffes die Übertragung von Wärme mit einer hohen Wärmestromdichte erlauben. Sie sind deshalb auch bei hoher Übertragungsleistung verhältnismäßig platzsparend unterzubringen.
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In einem Wärmerohr ist typischerweise ein Transportmedium eingeschlossen, das an einem Ende des Wärmerohrs in der Siedezone unter Aufnahme von Wärme verdampft. Der Dampf tritt durch eine Barriere, die beispielsweise aus einem porösen, nicht benetzbaren Material ausgebildet ist, aus dem Kondensatkanal in den Dampfkanal über und strömt im Dampfkanal an das andere Ende des Wärmerohrs in den Kondensationsbereich. Im Kondensationsbereich kondensiert das Transportmedium unter Abgabe von Wärme wieder und wird unter Nutzung der Kapillarwirkung im Kondensatkanal in die Siedezone zurückgeführt.
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Ein derartiges Wärmerohr könnte mit seinem den Kondensationsbereich bildenden Ende in das flüssige Kühlmittel eintauchen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Kühlkörper zumindest in Bereichen flexibel ausgebildet. Ein derartiger Kühlkörper ermöglicht es, bei seiner Montage am bzw. im Kühlmittelbehälter Toleranzen auszugleichen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Kühlmittelbehälter zumindest eine Öffnung zur Durchführung des Kühlkörpers auf. Bei dieser Ausführungsform, bei der der Kühlkörper durch eine Wand des Kühlmittelbehälters tritt, um in das flüssige Kühlmittel einzutauchen, wird in der entsprechenden Öffnung in der Wand eine Dichtung vorgesehen, die das Austreten von Kühlmittel verhindert. Zusätzlich können auch Dichtungen dort vorgesehen sein, wo der Kühlkörper mit der LED bzw. mit einer die LED tragenden Platine verbunden ist.
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Gemäß einem Aspekt der Anmeldung wird die LED-Scheinwerferanordnung bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt, insbesondere als Frontscheinwerfer.
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Frontscheinwerfer weisen heutzutage oftmals eine AFL(Adaptive Frontlight)-Funktionalität auf. Sie werden daher zum einen so optimiert, dass sie eine große Helligkeit erzeugen können, zum anderen ist es auch erwünscht, die Geometrie der Scheinwerfer möglichst flexibel an die Form des Kraftfahrzeugs anpassen und im übrigen frei gestalten zu können. Dies hat nicht nur optische Gründe, sondern ist beispielsweise auch von Bedeutung, wenn die Funktion einer Fahrtrichtungsanzeige in die Scheinwerferanordnung integriert werden soll.
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Bei der Auslegung eines derartigen Scheinwerfers kann das Problem auftreten, dass aus manchen Bereichen entstehende Wärme nicht ausreichend abgeführt werden kann. Dies kann bis zur Zerstörung der LEDs führen. Die Anbindung des Kühlkörpers an ein in einem Kühlmittelbehälter vorgehaltenes flüssiges Kühlmittel ermöglicht jedoch bei einem derartigen Fahrzeug eine besonders effektive Abfuhr der Wärme.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Kühlmittelbehälter als Kühlmittelbehälter eines Motorkühlsystems ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann der Kühlmittelbehälter auch als Waschwasserbehälter einer Scheibenwaschanlage und/oder als Waschwasserbehälter einer Scheinwerferreinigungsanlage ausgebildet sein.
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Wird ein Waschwasserbehälter als Kühlmittelbehälter verwendet, so kann dieser in unmittelbarer Nähe zu den Scheinwerfern platziert werden. Beispielsweise ist es auch denkbar, für einen Scheinwerfer des Kraftfahrzeugs den Waschwasserbehälter einer Scheibenwaschanlage zu verwenden und für einen anderen Scheinwerfer den Waschwasserbehälter einer Scheinwerferreinigungsanlage. Es wäre auch denkbar, beispielsweise den Waschwasserbehälter einer Scheibenwaschanlage zweizuteilen und jeweils einen der beiden Behälter in unmittelbarer Nähe zu den Scheinwerfern zu platzieren.
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Eine derartige Scheinwerferanordnung nutzt ohnehin vorhandene Kühlmittelreservoire aus, die in ihrer Platzierung flexibel sind und die deshalb in unmittelbarer Nähe zu den Scheinwerfern angebracht werden können. Dabei sind keine großen Modifikationen an den Kühlmittelbehältern notwendig. Abhängig von der Ausführungsform kann es ausreichen, in der Wand der Kühlmittelbehälter lediglich eine Öffnung zur Durchführung des Kühlkörpers sowie eine entsprechende Dichtung anzubringen.
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Gemäß einem Aspekt der Anmeldung wird ein Verfahren zur Kühlung eines LED-Scheinwerfers angegeben, wobei durch zumindest eine LED-Lichtquelle erzeugte Wärme mittels eines Kühlkörpers abgeführt und an ein in einem Kühlmittelbehälter vorgehaltenes flüssiges Kühlmittel abgegeben wird. Bei einem derartigen Verfahren sind zusätzliche Leitungen nicht erforderlich. Da der Kühlkörper in Kontakt mit dem im Kühlmittelbehälter vorgehaltenen Kühlmittel steht, kann die Abfuhr von Wärme besonders effektiv erfolgen.
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Es werden nun Ausführungsformen anhand der beigefügen Figuren näher beschrieben.
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1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit LED-Scheinwerfern gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer LED-Scheinwerferanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 zeigt einen Schnitt durch die LED-Scheinwerferanordnung gemäß 2;
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4 zeigt Schritte beim Zusammenbau der LED-Scheinwerferanordnung gemäß 2;
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5 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht der LED-Scheinwerferanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform und
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6 zeigt schematisch einen Schnitt durch die LED-Scheinwerferanordnung gemäß 5.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Das Kraftfahrzeug 1 gemäß 1 weist zwei Frontscheinwerfer 2 auf, die als LED-Scheinwerfer ausgebildet sind. Die LED-Scheinwerfer können insbesondere als LED-Matrixscheinwerfer oder als LED-Vollscheinwerfer ausgebildet sein und sowohl eine Abblendlichtfunktion als auch Zusatzfunktionen wie Tagfahrlicht, Blinker, Bremslicht und Kennzeichenbeleuchtung erfüllen.
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Die Frontscheinwerfer 2 weisen zumindest eine als LED ausgebildete Lichtquelle auf, deren Abstrahlrichtung typischerweise mittels eines Reflektors optimiert wird. Die LED ist auf einer Platine angeordnet, wobei auch eine Anzahl von LEDs auf derselben Platine montiert sein können. Die Platine ist in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet, das nach außen abgedichtet ist.
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Im Betrieb erzeugt die LED Wärme, die mittels eines in 1 nicht gezeigten Kühlkörpers abgeführt und an ein Kühlmittel abgegeben wird. In 1 sind als Kühlmittelbehälter der Waschwasserbehälter 3 einer Scheibenwaschanlage und der Kühlmittelbehälter 4 eines Motorkühlsystems 5 gezeigt.
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2 zeigt eine erste Ausführungsform der Scheinwerferanordnung, bei der der Waschwasserbehälter 3 der Scheibenwaschanlage als Kühlmittelbehälter verwendet wird. Der Waschwasserbehälter 3 weist ein Behältergehäuse 6 sowie an seinem oberen Ende einen Verschluss 7 auf. Die LEDs der Scheinwerferanordnung sind auf einer Platine 8 montiert, die mit einem Kühlkörper 9 wärmeleitend verbunden ist. Bereiche des Kühlkörpers 9 ragen in den Waschwasserbehälter 3 hinein.
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Dies ist in 3 im Querschnitt gezeigt. Der Waschwasserbehälter 3, in dessen Innerem eine Wasserpumpe 11 angeordnet ist, weist in seinem Behältergehäuse 6 eine Öffnung 12 auf, durch die der Kühlkörper 9 ins Innere des Waschwasserbehälters 3 ragt. Er wird dort von dem in 3 nicht gezeigten Waschwasser umspült, so dass eine besonders effektive Wärmeabgabe und damit eine gute Kühlung der LED 10 ermöglicht ist.
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In dem Waschwasserbehälter 3 ist eine nicht dargestellte Einrichtung vorgesehen, die den Wasserstand überwacht. Wird dieser zu niedrig, wird ein Warnsignal abgegeben.
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4 zeigt in ihrem oberen und ihrem unteren Teil den Zusammenbau der Scheinwerferanordnung gemäß den 2 und 3. Der Waschwasserbehälter 3 weist an seinem Behältergehäuse 6 eine Ausnehmung 13 auf, in die sich nach der Montage Bereiche der LED-Platine 8 schmiegen.
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Bei der Montage kann die LED-Platine 8 mit dem Kühlkörper 9, wie im unteren Bereich der 4 dargestellt, in Richtung des Pfeils 16 auf den Waschwasserbehälter 3 zubewegt werden, wobei der Kühlkörper 9 durch die Öffnung 12 in das Innere des Waschwasserbehälters 3 tritt und das erste Ende 14 der Platine 8 in der Ausnehmung 13 zu liegen kommt.
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Bei dieser Ausführungsform wird eine besonders platzsparende Anordnung der Komponenten zueinander erreicht. Es ergibt sich eine Zusammenfassung der LED-Platine 8 mit dem Waschwasserbehälter 3 zu einem Modul, in dem die Formen der Teile aufeinander abgestimmt sind.
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Bei dieser Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, die Scheinwerferanordnung nicht, wie bisher meist üblich, von außen zu montieren, sondern die LED-Platine 8 vor dem Einbau mit dem Waschwasserbehälter 3 zu verbinden und mit diesem von innen einzubauen.
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5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Scheinwerferanordnung, bei der Bereiche des Kühlkörpers flexibel ausgebildet sind.
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Dies ist insbesondere in 6 erkennbar. Der Kühlkörper 9, der wiederum durch eine Öffnung 12 in das innere des Waschwasserbehälters 3 ragt, weist in der Nähe der LED-Platine 8 einen flexiblen Bereich 15 auf. Bei dieser Ausführungsform ist der Kühlkörper 9 als metallischer Hohlkörper ausgebildet und ist in seinem flexiblen Bereich 15 derart geführt bzw. ”verknickt”, dass er in diesem Bereich gestaucht oder gedehnt werden kann. Dadurch können Toleranzen in der Lage der LED-Platine 8 und des Waschwasserbehälters 3 zueinander ausgeglichen werden.
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Die Ausgestaltung der Scheinwerferanordnung mit einem als metallischer Stab ausgebildeten Kühlkörpers 9, der durch eine Öffnung 12 in dem Behältergehäuse 6 eines Waschwasserbehälters 3 geführt ist, stellt einen besonders einfachen Aufbau der LED-Scheinwerferanordnung dar, die somit sehr robust ist. Bei einer derartigen Ausführungsform lassen sich die Öffnung 12 und gegebenenfalls die Platine 8 sehr gut abdichten, so dass der Austritt von Wasser aus dem Waschwasserbehälter 3 und insbesondere der Kontakt von Wasser mit der Platine 8 sicher vermieden werden kann.
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Bei dieser Ausführungsform können Waschwasserbehälter 3 und LED-Platine 8 auch gut getrennt voneinander montiert werden, da aufgrund der flexiblen Verbindung der beiden miteinander durch den flexiblen Kühlkörper 9 Toleranzen ausgeglichen werden können.
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Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan zur Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Frontscheinwerfer
- 3
- Waschwasserbehälter
- 4
- Kühlmittelbehälter
- 5
- Motorkühlsystem
- 6
- Behältergehäuse
- 7
- Verschluss
- 8
- LED-Platine
- 9
- Kühlkörper
- 10
- LED
- 11
- Wasserpumpe
- 12
- Öffnung
- 13
- Ausnehmung
- 14
- erstes Ende
- 15
- flexibler Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007055165 A1 [0004]
