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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung mit einem Grundkörper, an dem ein zu kühlendes Objekt anordbar ist, wobei am Grundkörper Kühlrippen angeordnet sind und sich aus wenigstens einer Kühlfläche des Grundkörpers in einer Längsrichtung heraus erstrecken und über die Wärme abführbar ist.
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STAND DER TECHNIK
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Aus der
WO 2008/119 392 A1 ist eine Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Objektes bekannt, das beispielsweise ein Halbleiterleuchtmittel für den Scheinwerfer eines Fahrzeugs bildet. Die Kühlvorrichtung weist einen als Gehäuse ausgeführten Grundkörper auf, an dem das zu kühlendes Objekt angeordnet beziehungsweise aufgenommen ist. Auf einer Kühlfläche sind mehrere Kühlrippen angeordnet, die mit verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt sind.
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Die Wärmeabfuhr durch eine Kühlvorrichtung hängt wesentlich davon ab, welche Bedingungen in dem Volumen, in dem die Kühlvorrichtung mit einer Vielzahl von Kühlrippen angeordnet ist, vorherrschen. Ist eine Zwangslüftung vorhanden, beispielsweise durch die Anordnung eines Aktivlüfters, kann die Kühlvorrichtung anders ausgeformt werden als wenn nur eine natürliche Konvektion genutzt werden kann. Findet die Kühlvorrichtung beispielsweise zur Kühlung eines Halbleiterleuchtmittels im Gehäuse eines Scheinwerfers für ein Fahrzeug Anwendung, herrscht meistens lediglich eine natürliche Konvektion. Ein Fahrzeugscheinwerfer strahlt sein Licht annähernd horizontal über dem Boden ab, daher ist das Halbleiterleuchtmittel auch in etwa horizontaler Ausrichtung im Scheinwerfer eingebaut. Somit können die Kühlrippen beispielsweise auf einer vertikal im Scheinwerfer liegenden Kühlfläche des Grundkörpers angeordnet sein und sich in der Horizontalen aus dieser heraus erstrecken.
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Da sich die Luft an den Kühlrippen aufheizt, wird eine natürliche Konvektion von unten nach oben erzeugt. Daher muss bei dieser Methode die Einbaulage des Moduls möglichst so vorgesehen werden, dass die Kühlrippen einen vertikalen Luftstrom begünstigen, sodass die Kühlrippen in der Luftströmung vorteilhaft ausgerichtet sind, um einen maximalen Kühleffekt zu erzielen. Hierzu ist in Zusammenhang mit der Ausgestaltung in
4 der
WO 2008/119 392 A1 angegeben, dass die Kühlluft lediglich durch die gezeigte Steckerbuchse und den zugehörigen Kontakten in ihrer Konvektionsströmung durch die beispielsweise vertikal eingebauten Kühlrippen auf der Kühlfläche des Grundkörpers gestört ist. Die meisten bekannten Kühlvorrichtungen weisen Kühlrippen auf, die in ihrer Längsrichtung gerade ausgeführt und parallel zueinander angeordnet sind.
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In einer in den
5a und
5b der
WO 2008/119 392 A1 gezeigten Variante ist eine Kühlvorrichtung mit Kühlrippen gezeigt, die als sechseckige Kühldome auf der Kühlfläche des Grundkörpers angeordnet sind, und unabhängig von der Einbaulage der Kühlvorrichtung kann die Kühlluft aufgrund einer Durchströmung der Kühlrippen eine Konvektionsströmung aufbauen. Daher muss sich die Einbaulage nicht nach der Luftströmung richten, die in der Regel in der Vertikalen verläuft. Ein zusätzlicher Kühleffekt wird dadurch erzielt, dass die Kühlrippen auf Lücke gesetzt sind und so die Luft nicht ungehindert durch die Kühldome strömen kann wie bei parallel verlaufenden Kühlrippen. Durch eine Zwangsverwirbelung zwischen den Kühldomen wird eine Strömungskanalbildung unterverbunden und es wird die gesamte Luft zur Wärmeabfuhr genutzt.
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Durch die Verwirbelungen der Luftströmungen auf der Seite der Kühlfläche des Grundkörpers wird die Strömungsgeschwindigkeit und dadurch die Wärmeabgabe durch Konvektion herabgesetzt. Dabei ist angegeben, dass dieser Nachteil durch die Ausbildung von tropfenförmigen Kühlrippen verhindert werden kann, wie in den
6a und
6b der
WO 2008/119 392 A1 angegeben. Jedoch erfordert die tropfenförmige Ausbildung der Kühlrippen hingegen eine genaue Einbaulage der Kühlvorrichtung, da die aerodynamische Form nur bei einer bekannten Luftströmungsrichtung, zum Beispiel durch einen Ventilator oder durch natürliche Konvektion von unten nach oben, ihre Vorteile ausspielen kann.
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Ein letztes Beispiel ist in Zusammenhang mit den
7a und
7b der
WO 2008/119 392 A1 angegeben, und die Kühlrippen sind in Form einer Waben-Röhrenstruktur ausgebildet, wobei keine einzelnen Kühlrippen vorgesehen sind, da die Waben-Röhrenstruktur zusammenhängend ausgebildet ist. Eine seitliche Konvektion quer zur Erstreckungsrichtung der Kühlrippen aus der Kühlfläche heraus ist bei dieser Ausführungsform jedoch nicht möglich.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem Hintergrund verschiedener, bekannter Ausgestaltungen von Kühlvorrichtungen ergibt sich weiterhin die Aufgabe, eine Kühlvorrichtung mit einer besonderen Form von Kühlrippen vorzuschlagen, um bei möglichst guter Wärmeabgabe an ein die Kühlrippen durchströmendes Fluid eine einfache Ausgestaltung der Kühlvorrichtung zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Kühlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Kühlrippen einen C-förmigen Querschnitt aufweisen.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, eine vorteilhafte Querschnittsform einer Vielzahl von Kühlrippen zu bilden, die sich etwa senkrecht aus der Kühlfläche des Grundkörpers heraus erstrecken, wobei die Erstreckungsrichtung der Kühlrippen durch die Längsrichtung bezeichnet ist und die Kühlrippen weisen jeweils eine C-Form auf. Durch den C-förmigen Querschnitt wird ein besonders effizienter Wärmeübergang von den Kühlrippen an ein die Kühlrippen durchströmendes Konvektionsfluid, beispielsweise Luft, erreicht. Die Kühlrippen werden durch das zu kühlende Objekt über den Grundkörper aufgeheizt und können die Wärme an das Konvektionsfluid abgeben, sodass der Grundkörper und schließlich das Objekt gekühlt werden. Bei den einleitend beschriebenen herkömmlichen Pin- und Rippenkühlkörpern werden für eine effiziente Wärmeübertragung große Oberflächen benötigt. Besonders bei passiven Kühlvorrichtungen, die keinen aktiv betriebenen Lüfter umfassen, ist es schwer zu realisieren, Objekten mit einem starken Wärmeeintrag in die Kühlvorrichtung die notwendige Kühlleistung bereitzustellen. Beispielsweise dann, wenn das Objekt durch ein Leuchtmittel, insbesondere durch ein Halbleiterleuchtmittel, gebildet ist, das in einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs eingebaut werden soll, kann mit C-förmigen Kühlrippen die eingebrachte Wärme in hinreichendem Maße abgeführt werden. Des Weiteren kann die leistungsabhängige Oberfläche nicht beliebig vergrößert werden, da die Wärme nicht mehr vollständig in ihr gespreizt wird und somit der Kühlkörper aufgrund der hohen Temperaturdifferenz ineffizient wird. Dies liegt insbesondere daran, dass der Einbauraum von Kühlvorrichtungen in einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs begrenzt ist.
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Entscheidend ist dabei die Form der Kühlrippen, die erfindungsgemäß jeweils in einer C-Form ausgebildet sind. Durch diese Form wird ebenfalls die innere Oberfläche der C-Form der Kühlrippen zur Wärmeübertragung genutzt, ohne die Außenabmaße der schlank ausgeführten Kühlrippen zu verändern. Die Oberflächenvergrößerung bei gleichzeitiger Beibehaltung der Abmaße der Kühlrippen und schließlich der gesamten Kühlvorrichtung ermöglicht zudem eine Wärmeverteilung in der gesamten Oberfläche der Kühlrippen und folglich auch in der Kühlfläche, die eine effiziente Entwärmung des Grundkörpers und schließlich des Objektes auf kleinem Raum ermöglicht.
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Gemäß einer ersten möglichen Ausführungsform können die Kühlrippen einen C-förmigen Querschnitt aufweisen, der die Form eines Halbkreises oder einer Halbellipse bildet. Damit weisen die Kühlrippen über ihrem gesamten Querschnittsverlauf eine Krümmung auf, wobei die Krümmung im Bereich eines Grundabschnittes kleiner sein kann als in den jeweiligen Endbereichen der C-Form. Damit können die Kühlrippen einen gestreckten Halbkreis beziehungsweise eine Halbellipse bilden, bei dem beziehungsweise bei der der Krümmungsradius im mittleren Grundabschnitt größer ist als in den stärker gebogenen endseitigen Abschnitten.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform kann der C-förmige Querschnitt einen gerade ausgebildeten Grundabschnitt und sich seitlich an diesen anschließende gebogene Endabschnitte aufweisen. Beispielsweise können Kühlrippen mit einem gerade ausgebildeten Grundabschnitt eine größere Breite aufweisen als Kühlrippen, die eine C-Form gemäß eines gestreckten Halbkreises oder einer Halbellipse bilden. In beiden Ausführungsformen ergibt sich eine Oberflächenvergrößerung der Kühlrippen, da sowohl über die Außenseite der C-Form als auch über die Innenseite der C-Form Wärme an ein Konvektionsfluid abgegeben werden kann, das die Kühlrippen mit dem C-förmigen Querschnitt umströmt.
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Auf dem Grundkörper können mehrere Kühlrippen in Rippenreihen benachbart zueinander auf der Seite der Kühlfläche angeordnet sein. Dabei können die Kühlrippen aus benachbarten Rippenreihen mit ihrer Öffnungsseite der jeweiligen C-Form aufeinander zuweisend auf der Kühlfläche aufgebracht sein. Benachbarte Rippenreihen stehen sich dabei mit der Außenseite, also mit dem Rücken der C-Form, gegenüber. Somit sind immer zwei Rippenreihen miteinander gepaart, deren Kühlrippen mit ihrer geöffneten Seite aufeinander zu weisen. Beispielsweise können die Kühlrippen dabei mit einem Versatz zueinander in Längsrichtung angeordnet sein, sodass ein Ende einer ersten Kühlrippe auf das Ende einer sich anschließenden Kühlrippe weist, und sodass ein Zwischenraum zwischen den Rippenreihen gebildet wird, der eine Wellenform aufweist. Durchströmt ein Konvektionsfluid den Zwischenraum zwischen den Rippenreihen, so muss dieses im Wesentlichen der Wellen- beziehungsweise Mäanderform zwischen den Kühlrippen folgen, wodurch gezielte Verwirbelungen entstehen und wodurch die Konvektionswirkung der Wärme aus den Kühlrippen an das Konvektionsfluid weiter verbessert wird.
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Auch ist es von Vorteil, wenn die Kühlrippen derart auf der Kühlfläche des Grundkörpers angeordnet sind, dass die jeweiligen Längsrichtungen der Kühlrippen parallel zueinander verlaufen. Die Kühlrippen können als schlank ausgebildete Kühldome auf der Kühlfläche ausgebildet sein, und das Verhältnis der Länge in Längsrichtung zur Breite der Kühlrippen kann 2:1 bis 6:1 und bevorzugt 3:1 betragen. Eine parallele Anordnung der relativ schlanken Kühlrippen zueinander setzt eine ebene Kühlfläche voraus, aus der sich die Kühlrippen in ihrer Längsrichtung gerade heraus erstrecken. Gemäß einer möglichen weitergebildeten Ausführungsform der Kühlvorrichtung kann der Grundkörper wenigstens eine Krümmung aufweisen, beispielsweise kann der Grundkörper einen ersten Abschnitt mit einer ersten planen Kühlfläche und einen zweiten, etwa rechtwinklig zum ersten Abschnitt verlaufenden Abschnitt aufweisen, auf der die Kühldome ebenfalls senkrecht aus der Kühlfläche herausstehen. Über dem Krümmungsbereich zwischen den beiden senkrecht zueinander stehenden Abschnitten des Grundkörpers können weitere Kühlrippen angeordnet sein, sodass in diesem Bereich kein paralleler Verlauf der Längsrichtung der Kühlrippen vorliegt.
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Der Grundkörper der Kühlvorrichtung kann einen Aufnahmekörper zur haltenden Aufnahme des Objektes bilden, auch kann der Grundkörper einen Teil eines Gehäuses, vorzugsweise einen Deckel oder einen Boden oder ein Wandelement eines Gehäuses, beispielsweise eines Scheinwerfergehäuses bilden. Das Objekt kann dabei im Gehäuse aufgenommen sein, das durch den Grundkörper gebildet ist.
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Das Objekt kann beispielsweise ein Leuchtmittel, insbesondere ein Halbleiterleuchtmittel, eines Scheinwerfers für ein Fahrzeug sein. Damit kann die Kühlvorrichtung zum Einbau in den Scheinwerfer eines Fahrzeugs ausgebildet sein und ein im Scheinwerfer angeordnetes Leuchtmittel kühlen.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit auf einer Kühlfläche angeordneten Kühlrippen, welche jeweils einen C-förmigen Querschnitt aufweisen,
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2 eine Seitenansicht der Kühlvorrichtung gemäß 1, in der eine Krümmung im Grundkörper der Kühlvorrichtung verdeutlicht ist,
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3 die Kühlvorrichtung gemäß den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht,
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung und
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5 die Kühlvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4 in einer perspektivischen Ansicht.
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In den 1 und 2 ist eine Kühlvorrichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Kühlvorrichtung 1 weist einen Grundkörper 10 auf, an dem ein zu kühlendes Objekt 11 – in 2 sichtbar – angeordnet ist. Weiterhin sind am Grundkörper 10 Kühlrippen 12 angeordnet, die sich aus einer Kühlfläche 13 des Grundkörpers 10 in einer jeweiligen Längsrichtung 14 heraus erstrecken. Der Grundkörper 10 weist eine L-Form auf und besitzt einen ersten Abschnitt, an dem auf einer Kühlfläche 13 Kühlrippen 12 angeordnet sind, und an dem das Objekt 11 angebracht ist. Ein zweiter Abschnitt des Grundkörpers 10 erstreckt sich in einer Ebene, die etwa senkrecht zur Ebene des ersten Abschnittes des Grundkörpers 10 ausgerichtet ist, und auf dem zweiten Abschnitt sind weitere Kühlrippen 12 angeordnet. Ferner befindet sich zwischen den beiden Abschnitten des Grundkörpers 10 ein Krümmungsbereich, auf dem ebenfalls weitere Kühlrippen 12 angeordnet sind.
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Wie in 1 gezeigt, weisen die Kühlrippen 12 einen C-förmigen Querschnitt auf, wobei der C-förmige Querschnitt die Form eines Halbkreises oder einer Halbellipse bildet. Die Kühlrippen 12 verlaufen entlang von Rippenreihen 17, wobei die Rippenreihen 17 jeweils durch mehrere aufeinanderfolgende Kühlrippen 12 in einer Richtung gebildet sind. Die Kühlrippen 12 von jeweils zwei benachbarten Rippenreihen 17 weisen mit ihren Öffnungsseiten der C-förmigen Querschnitte jeweils aufeinander zu, wobei die Kühlrippen 12 aus den benachbarten Rippenreihen 17 derart versetzt zueinander auf der Kühlfläche 13 des Grundkörpers 10 angebracht sind, dass ein Raum zwischen den Rippenreihen 17 gebildet wird, der einen wellenförmigen in mäanderförmigen Verlauf zwischen den Rippenreihen 17 aufweist. Werden die Kühlrippen 12 mit einem Konvektionsfluid aus einer Anströmrichtung 18 angeströmt, beispielsweise mit Kühlluft, so folgt das Konvektionsfluid der Wellenform, wobei die Innenseiten der C-förmigen Querschnitte der Kühlrippen 12 ebenfalls durchströmt werden.
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Dadurch wird eine sehr effiziente Entwärmung des Objektes 11 über den Grundkörper 10 und schließlich über die Kühlrippen 12 erreicht, da die Kühlrippen 12 durch ihre C-Form eine große Oberfläche bilden, die vollständig umströmt werden kann. Durch die gezeigten Abschnitte des Grundkörpers 10 werden Kühlflächen 13 gebildet, die mit jeweiligen Kühlrippen 12 bestückt sind und etwa senkrecht aufeinander stehen, wodurch vorrangig die Gesamtkühlleistung vergrößert wird. Die Kühlrippen 12 auf der Rückseite des angeordneten Objektes 11 können aus einer ersten Anströmrichtung 18 und die Kühlrippen 12 auf dem weiteren Abschnitt des Grundkörpers 10 können durch eine weitere Anströmrichtung 18 mit einem Konvektionsfluid gekühlt werden.
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3 zeigt das Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 1 gemäß den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht. Die Kühlrippen 12 erstrecken sich jeweils orthogonal aus der Kühlfläche 13 der jeweiligen Abschnitte des Grundkörpers 10 heraus, wobei die Kühlrippen 12 über dem Krümmungsbereich auf dem Grundkörper 10 so angeordnet sind, dass diese eine Orthogonale zur jeweiligen Tangentialebene der gekrümmten Kühlfläche 13 bilden. Durch die dichte Anordnung der Kühlrippen 12 über der gesamten Kühlfläche 13 wird eine sehr effiziente Entwärmung des Grundkörpers 10 und folglich des Objektes 11 erreicht, sodass ein insgesamt kleines Bauvolumen der Kühlvorrichtung 1 erreicht wird.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 1 mit einem Grundkörper 10, an dem mehrere Kühlrippen 12 angeordnet sind, die sich orthogonal aus einer Kühlfläche 13 des Grundkörpers 10 heraus erstrecken. Die Kühlrippen 12 unterscheiden sich in ihrer Form leicht von den Kühlrippen 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3. Die Kühlrippen 12 besitzen einen gerade ausgebildeten Grundabschnitt 15 und sich seitlich an diesen anschließende gebogene Abschnitte 16, wie in der vergrößerten Ansicht einer Kühlrippe 12 beispielhaft gezeigt. Dadurch sind die Kühlrippen 12 länglicher ausgebildet und bilden wiederum parallel zueinander verlaufende Rippenreihen 17, und die Kühlrippen 12 weisen auf die benachbarten Kühlrippen 12 mit ihrer jeweiligen Öffnungsseite der C-Form aufeinander zu. Somit entsteht auf gleiche Weise ein wellenförmiger oder mäanderförmiger Strömungspfad zwischen den Rippenreihen 17, wenn diese mit einem Konvektionsfluid, beispielsweise mit Luft, aus einer Anströmrichtung 18 angeströmt werden.
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5 zeigt schließlich die Kühlvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 4 in einer perspektivischen Ansicht. Dabei ist erkennbar, dass sowohl auf einer ersten Kühlfläche 13 des Grundkörpers 10 Kühlrippen 12 als auch auf einer zweiten Kühlfläche 13 des Grundkörpers 10 Kühlrippen 12 angeordnet sind. Auf der hinteren Seite des Grundkörpers 10 ist ein Freiraum gezeigt, in dem das nicht näher dargestellte Objekt 11 zur Kühlung aufgebracht werden kann. Die Kühlrippen 12 erstrecken sich parallel zueinander in ihrer jeweiligen Längsrichtung 14, die orthogonal zur Kühlfläche 13 verläuft. Die Anströmrichtung 18 verläuft senkrecht zur Längsrichtung 14 und ist in ihrer Richtung von unten nach oben strömend gezeigt, und wenn die Kühlrippen 12 durch ein Objekt aufgeheizt werden, erwärmt sich das Konvektionsfluid an den Kühlrippen 12, wodurch dieses von unten nach oben steigt, und sich somit eine Strömungsbewegung des Konvektionsfluides durch die Kühlrippen 12 ausbildet.
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Die dargestellten Kühlvorrichtungen 1 können ebenfalls mit einem aktiv betriebenen Lüfter ausgeführt werden, wodurch ebenfalls eine in ihrer Effizienz gesteigerte Entwärmung des Grundkörpers 10 und damit des Objektes 11 erreicht werden kann.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten oder räumlichen Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Beispielsweise können die im zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten Kühlrippen 12 gemäß den 4 und 5 auch für eine Kühlvorrichtung 1 mit einer Form Verwendung finden, die in den 1 bis 3 gezeigt ist. Ebenso können Kühlrippen 12 mit einer Form, wie diese im ersten Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3 gezeigt sind, auch für eine Kühlvorrichtung 1 Verwendung finden, wie diese in den 4 und 5 gezeigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlvorrichtung
- 10
- Grundkörper
- 11
- Objekt, Halbleiterleuchtmittel
- 12
- Kühlrippe
- 13
- Kühlfläche
- 14
- Längsrichtung
- 15
- Grundabschnitt
- 16
- gebogener Abschnitt
- 17
- Rippenreihe
- 18
- Anströmrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/119392 A1 [0002, 0004, 0005, 0006, 0007]
