-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung mit einem Grundkörper, an dem ein zu kühlendes Objekt anordbar ist, wobei am Grundkörper wenigstens eine länglich ausgeführte Kühlrippe angeordnet ist und über die Wärme abführbar ist.
-
STAND DER TECHNIK
-
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 kühlende Objekt angeordnet beziehungsweise aufgenommen ist. Auf einer Kühlfläche sind mehrere Kühlrippen angeordnet, die mit verschiedenen Ausführungsbeispielen dargestellt sind.
-
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 rückseitigen vertikalen Kühlfläche des Grundkörpers, die der Aufnahmefläche des zu kühlenden Objektes gegenüberliegend ausgebildet ist, etwa in der Horizontalen verlaufen.
-
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 und sodass die Kühlrippen in der Luftströmung 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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
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.
-
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.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe schließt die Erfindung die technische Lehre ein, dass die wenigstens eine Kühlrippe in ihrer Längsrichtung eine Wellenform aufweist.
-
Eine Wellenform in der Längsrichtung der Kühlrippe beschreibt im Sinne der vorliegenden Erfindung eine geschwungene oder mäanderförmige Ausführung der Kühlrippe, wobei die Wellenamplitude oder die Mäandererstreckung quer zur Längsrichtung der Kühlrippe verstanden wird. Der damit erreichte Vorteil ist eine Vergrößerung der wirksamen Kühloberfläche bei insgesamt kleineren Abmessungen der Kühlvorrichtung, da eine Kühlrippe mit einer eingebrachten Wellenform eine größere Länge aufweist als eine in Längsrichtung gerade ausgeführte Kühlrippe. Weiterhin wird der Vorteil erreicht, dass die die Kühlrippe umströmende Luft durch die Wellenform in ihrer Strömungsgeschwindigkeit reduziert wird, und es ergibt sich eine verbesserte Wärmeübergabe von der Kühlrippe an die Kühlluft durch die verlangsamte Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft. Weiterhin wird der Vorteil erreicht, dass die Kühlvorrichtung in einem Einbaubereich so eingebaut werden kann, dass die Längsrichtung der Kühlrippen lediglich etwa in der Senkrechten verläuft. Beispielsweise kann durch die wellenförmige Kühlrippe der Eintrittsbereich der Kühlluft in den Beginn der Kühlrippen so geformt sein, dass Kühlluft auch unter einer Schrägung der Längsrichtung relativ zur Vertikalen gut in den Kühlbereich eintreten kann.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sind mehrere Kühlrippen auf einer Kühlfläche des Grundkörpers zueinander parallel verlaufend angeformt. Dabei können sich die Kühlrippen vertikal über der Kühlfläche erstrecken, wobei die Kühlrippen in ihrer Längsrichtung jeweils mit einer Wellenform ausgebildet sind. Durch die etwa vertikale Erstreckung der Kühlrippen über der Kühlfläche bilden die Kühlrippen Kühlwände, die beispielsweise parallel zueinander verlaufen. Dabei kann die Wellenform über der gesamten Länge der wenigstens einen Kühlrippe verlaufen, insbesondere kann die Kühlrippe über ihre gesamte Länge hinweg durchgehend ausgebildet sein. Durch die parallele Anordnung der Kühlrippen ist die Wellenform der benachbarten Kühlrippen phasengleich ausgebildet, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass der Abstand zwischen den Kühlrippen unabhängig von Wellenberg und Wellental gleichbleibend ist.
-
Auch ist es von Vorteil, wenn die Wellenform der Kühlrippe eine Wellenlänge aufweist, die über der gesamten Länge der wenigstens einen Kühlrippe unverändert ausgebildet ist. Dabei kann die Wellenform aller Kühlrippen ebenfalls untereinander gleich ausgebildet sein. Weiterhin kann die Wellenform über der Höhe der Kühlrippen ebenfalls unverändert ausgebildet sein.
-
Die wenigstens eine Kühlrippe kann von einem Konvektionsfluid in einer Anströmrichtung anströmbar sein, wobei die Wellenform quer zur Anströmrichtung des Konvektionsfluides ausgebildet ist. Dieses Merkmal wirkt sich insbesondere dann vorteilhaft aus, wenn die Wellenform mehrerer auf dem Grundkörper angeordneter Kühlrippen parallel verläuft, wobei insbesondere der Abstand der aufeinander zugewandten Oberflächen benachbarter Kühlrippen entlang der Längsrichtung unverändert ist. Durchströmt das Konvektionsfluid den Zwischenraum zwischen den Kühlrippen, folgt das Konvektionsfluid dem wellenförmigen Pfad, der sich durch die Wellenform der Kühlrippen ergibt.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Grundkörper einen Aufnahmekörper zur haltenden Aufnahme des Objektes bilden, wobei das Objekt beispielsweise ein Leuchtmittel, insbesondere ein Halbleiterleuchtmittel, für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs sein kann. Insbesondere kann der Grundkörper einen Teil eines Gehäuses bilden, vorzugsweise kann der Grundkörper auch einen Deckel oder einen Boden oder ein Wandelement eines Gehäuses bilden. Beispielsweise kann ein Gehäuse auch bereits durch den Grundkörper der Kühlvorrichtung selbst vollständig gebildet sein, in dem das Objekt, beispielsweise das Halbleiterleuchtmittel für den Scheinwerfer eines Fahrzeugs, aufgenommen ist. Die Kühlvorrichtung dient dabei zur Anordnung innerhalb des Scheinwerfers.
-
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE DER ERFINDUNG
-
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren nachstehend näher dargestellt. Es zeigt:
-
1a eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Kühlvorrichtung mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung,
-
1b eine Rückansicht der Kühlvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1a,
-
2 eine Seitenansicht der Kühlvorrichtung im Querschnitt durch den Grundkörper und durch die Kühlrippen, wobei ein beispielhaft als Halbleiterleuchtmittel ausgebildetes Objekt an der Kühlvorrichtung aufgenommen ist,
-
3a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung,
-
3b eine Rückansicht der Kühlvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3a und
-
4 eine quergeschnittene Seitenansicht der Kühlvorrichtung gemäß den 3a und 3b.
-
Die 1a und 1b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 1 mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung. 1a zeigt die Kühlvorrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht, in der vorderseitig eine auf einen Grundkörper 10 der Kühlvorrichtung 1 angeordnete Kühlfläche 14 gezeigt ist, wobei 1b die Kühlvorrichtung 1 mit einer Draufsicht auf die Kühlfläche 14 zeigt. Auf der Kühlfläche 14 sind Kühlrippen 12 angeordnet, die sich im Wesentlichen in ihrer Längsrichtung 13 parallel zueinander erstrecken. Der Grundkörper 10 dient zur Aufnahme eines nicht dargestellten Objektes, das beispielsweise auf der Rückseite der Kühlfläche 14 am Grundkörper 10 angeordnet werden kann.
-
Erfindungsgemäß weisen die Kühlrippen 12 eine Wellenform auf, sodass sich die Kühlrippen 12 entlang der Längsrichtung 13 wellenförmig verlaufen. Die Kühlrippen 12 ragen aus der Kühlfläche 14 empor und weisen eine zueinander etwa gleiche Höhe und eine zueinander etwa gleiche Länge auf. Die Wellenform der Kühlrippen 12 zeichnet sich durch eine Wellenlänge 15 aus, die über der gesamten Erstreckung der Kühlrippen 12 entlang der Längsrichtung 13 gleichbleibend ausgebildet ist, ferner weisen sämtliche auf der Kühlfläche 14 angeordnete Kühlrippen 12 eine gleiche Wellenlänge 15 auf. Die Kühlrippen 12 auf der Kühlfläche 14 weisen weiterhin einen parallel zueinander ausgebildeten Abstand auf, und die Wellenberge und die Wellentäler der Wellenform der Kühlrippen 12 verlaufen gleichsinnig zueinander, sodass der Abstand aufeinander zu weisender Oberflächen benachbarter Kühlrippen 12 gleich bleibt.
-
Heizt die Kühlvorrichtung 1 auf, beispielsweise indem Wärme vom Objekt in den Grundkörper 10 und folglich in die Kühlrippen 12 geleitet wird, so bildet sich ein Konvektionsstrom eines Konvektionsfluides, beispielsweise gebildet durch Luft, in einer Anströmrichtung 16 aus, das die Zwischenräume zwischen den Kühlrippen 12 durchströmt. Die Luft folgt dabei der Wellenform der Kühlrippen 12, und wird durch die Kühlrippen 12 aufgeheizt, wodurch sich ein Konvektionsstrom ergibt. Die Konvektion verläuft dabei vorzugsweise von unten nach oben, wie in 1b durch Angabe der Anströmrichtung 16 angedeutet. Dabei bildet sich eine Strömungsgeschwindigkeit aus, die niedriger ist als eine Strömungsgeschwindigkeit, die sich bei in Längsrichtung 13 der Kühlrippen 12 gerade ausgebildeten Kühlrippen 12 ergeben würde, wodurch die Konvektion der Wärme von den Kühlrippen 12 an das Konvektionsfluid vergrößert wird.
-
Der Grundkörper 10 weist Befestigungslöcher 17 auf, durch die Befestigungselemente, beispielsweise Schrauben, hindurchgeführt werden können, um den Grundkörper 10 beispielsweise in einem Scheinwerfer eines Fahrzeugs haltend anzuordnen, wobei das Objekt am Grundkörper 10 ein Halbleiterleuchtmittel sein kann, das wiederum vom Grundkörper 10 selbst aufgenommen wird. Eine Anordnung eines Objektes ist in 2 gezeigt, die einen Querschnitt durch die Kühlvorrichtung 1 entlang der Schnittlinie A-A gemäß 1b wiedergibt.
-
2 zeigt den Querschnitt durch den Grundkörper 10 der Kühlvorrichtung 1 gemäß der Schnittlinie A-A gemäß 1b. Dabei ist erkennbar, dass mehrere parallel zueinander verlaufende Kühlrippen 12 auf einer Kühlfläche 14 des Grundkörpers 10 angeordnet sind, und die Kühlfläche 14 bildet die Rückseite einer Aufnahmefläche 18 zur Aufnahme eines Objektes 11, das gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Halbleiterleuchtmittel 11 ausgeführt ist.
-
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kühlvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer ersten Kühlfläche 14 zur Anordnung von Kühlrippen 12 und einer weiteren, zweiten Kühlfläche 19 zur Anordnung weiterer Kühlrippen 12. Dabei weist der Grundkörper 10 einen ersten Abschnitt zur Bildung der ersten Kühlfläche 14 und einen abgewinkelten zweiten Abschnitt zur Bildung der Kühlfläche 19 auf. Weiterhin sind am Grundkörper 10 Befestigungslöcher 20 gezeigt, um den Grundkörper 10 beispielsweise im Scheinwerfer eines Fahrzeugs anzuordnen.
-
Die Kühlrippen 12 auf der Kühlfläche 14 und die Kühlrippen 12 auf der Kühlfläche 19 weisen eine in ihrer jeweiligen Längsrichtung 13 ausgebildete Wellenform auf, wobei die Längsrichtungen 13 der jeweiligen Kühlrippen 12 parallel zueinander verlaufen. Durch die weiteren Kühlrippen 12 auf der nebengeordneten Kühlfläche 19 wird eine zusätzliche Wärmeabfuhr aus dem Grundkörper 10 der Kühlvorrichtung 1 geschaffen.
-
3b zeigt die Kühlvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3a in einer Rückansicht, in der die Kühlfläche 14 mit den auf dieser angeordneten Kühlrippen 12 dargestellt ist, wobei die Kühlrippen 12 eine Wellenform aufweisen und sich in Längsrichtung 13 erstrecken. Die Kühlrippen 12 bilden dabei ein etwa zylinderförmiges Kühlvolumen, das mit einem Konvektionsfluid, beispielsweise mit Luft, aus der Anströmrichtung 16 durchströmt werden kann. Weiterhin sind drei Befestigungslöcher 20 am Grundkörper 10 gezeigt, wobei integriert in den Kühlrippen 12 weitere Befestigungsmittel 21 gezeigt sind, in denen beispielsweise ein Objekt 11 befestigt werden kann, wie in 4 gezeigt. Dabei zeigt 4 einen Querschnitt durch die Kühlvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3a und 3b entlang der Schnittlinie B-B.
-
4 zeigt einen Querschnitt durch die Kühlvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3a und 3b entlang der Schnittlinie B-B. Am Grundkörper 10 ist ein Objekt 11 aufgenommen, das als Halbleiterleuchtmittel 11 ausgebildet ist und durch die Kühlvorrichtung 1 sowohl gehalten als auch entwärmt werden kann. Die Wärme geht vom Halbleiterleuchtmittel 11 in den Grundkörper 10 über, und vom Grundkörper 10 geht die Wärme in die Kühlrippen 12 auf der Kühlfläche 14 und in die Kühlrippen 12 auf der Kühlfläche 19 über. Dabei weisen die Kühlrippen 12 jeweils eine Wellenform auf, die im Querschnitt durch seitliche Ausbildungen der Kühlrippen 12 erkennbar ist.
-
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. 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 konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kühlvorrichtung
- 10
- Grundkörper
- 11
- Objekt, Halbleiterleuchtmittel
- 12
- Kühlrippe
- 13
- Längsrichtung
- 14
- Kühlfläche
- 15
- Wellenlänge
- 16
- Anströmrichtung
- 17
- Befestigungsloch
- 18
- Aufnahmefläche
- 19
- Kühlfläche
- 20
- Befestigungsloch
- 21
- Befestigungsmittel
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2008/119392 A1 [0002, 0004, 0005, 0006, 0007]
