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Die Erfindung geht aus von einem Leuchtmodul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Scheinwerfer mit einem derartigen Leuchtmodul.
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Aus dem derzeitigen Stand der Technik sind Scheinwerfer für Fahrzeuge bekannt, wobei für derartige Scheinwerfer Normierungen vorgesehen sein können, wie beispielsweise Normierungen von der International Technical Commission (IEC). Darin können beispielsweise Normen für eine „Exchangeable Light Source (XLS)“ vorgesehen sein. Eine derartige Lichtquelle kann beispielsweise für eine Zusatzlichtfunktion bei einem Fahrzeug, wie für eine Nebellichtfunktion, eingesetzt sein. Beispielsweise kann die Normierung eine Referenzierung und eine Verdrehsicherung der Lichtquelle im Scheinwerfer betreffen.
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Die Lichtquelle ist beispielsweise als Lichtmodul mit Halbleiterlichtquellen in Form von Licht emittierenden Dioden (LED's)ausgebildet. Zum Betreiben der Halbleiterlichtquellen sind elektrische Peripheriebauteile nötig. Die Halbleiterlichtquellen und die Peripheriebauteile sind auf einer Leiterplatte angeordnet. Über einen Kühlkörper wird Wärme abgeführt. Von den Peripheriebauteilen erzeugte Abwärme ist in der Regel unerwünscht und trägt zu einer zusätzlichen Erwärmung der Halbleiterlichtquellen bei, was zu einem Effizienzabfall führt. Um die thermische Last zu bewältigen, kann kostenintensiv vorgesehen sein den Kühlkörper zu schwärzen. Alternativ oder zusätzlich können teurere Elektronikkomponenten mit geringer Verlustleistung eingesetzt sein.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Lichtmodul und einen Scheinwerfer zu schaffen, mit denen jeweils, insbesondere bei zumindest einem gleichbleibenden Bauraum, auf vorrichtungstechnisch einfache und kostengünstige Weise eine thermische Belastung von zumindest einem Leuchtmittel vergleichsweise gering ist.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Leuchtmoduls wird gelöst gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Scheinwerfers gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.
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Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist ein Leuchtmodul oder eine Lampe oder ein Lichtmodul vorgesehen, das ein Gehäuse aufweist. In diesem kann eine Leiterplatte mit zumindest einem Leuchtmittel angeordnet sein. Das Gehäuse hat vorzugsweise eine Gehäuseöffnung, über die Strahlung von der Leuchte austreten kann. Zum Kühlen der Leiterplatte und des zumindest einen Leuchtmittels kann ein Kühlkörper vorgesehen sein. Des Weiteren ist vorteilhafterweise zur thermischen Entlastung der Leiterplatte eine Zusatzleiterplatte oder eine Zusatzplatine im Gehäuse angeordnet. Diese ist dann vorzugsweise mit elektrischen Bauteilen für den Betrieb des Leuchtmoduls bestückt und kann beispielsweise beabstandet zur Leiterplatte angeordnet sein.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine thermische Entlastung der Leiterplatte mit dem zumindest einen Leuchtmittel geschaffen wird, indem zumindest ein elektronisches Bauteil oder mehrere elektronische Bauteile nicht auf der Leiterplatte, sondern auf der Zusatzleiterplatte angeordnet sind. Die zumindest eine Zusatzleiterplatte, die elektrisch mit der Leiterplatte verbunden sein kann, kann flexibel im Gehäuse angeordnet werden, da im Unterschied zur Leiterplatte auf der Zusatzleiterplatte kein Leuchtmittel vorgesehen sein kann und somit auch nicht auf eine Gehäuseöffnung geachtet werden muss. Durch die Möglichkeit der flexiblen Anordnung der Zusatzleiterplatte ist ein Bauraumbedarf äußerst gering, wodurch beispielsweise äußere Abmaße des Leuchtmoduls unverändert bleiben können. Dies ist vorteilhaft, da üblicherweise, insbesondere beim Einsatz des Leuchtmoduls in einem Fahrzeug, nur ein sehr begrenzter Bauraum zur Verfügung steht. Da zumindest ein elektronisches Bauteil nun nicht mehr auf der Leiterplatte angeordnet ist, wird das zumindest eine Leuchtmittel nicht mehr oder zumindest weniger von dem zumindest einen elektronischen Bauteil thermisch belastet, womit die Effizienz des Leuchtmittels erhöht ist. Durch die thermische Entlastung des zumindest einen Leuchtmittels ist auch die Betriebssicherheit erhöht, da hierdurch eine Ausfallwahrscheinlichkeit des Leuchtmittels sinkt. Mit anderen Worten ist nun vorteilhafterweise eine Leuchtmodul geschaffen, bei dem mit äußerst geringem Bauraumbedarf eine thermische Entlastung des zumindest einen Leuchtmittels durch Anordnung der Zusatzleiterplatte im Gehäuse erfolgt. Die Anordnung der Zusatzleiterplatte führt des Weiteren zu einer entspannteren Platzsituation auf der Leiterplatte, wodurch beispielsweise die darauf angeordneten elektronischen Bauteile bei gleichbleibendem Bauraum weiter voneinander beabstandet werden können, was ebenfalls die thermische Belastung des zumindest einen Leuchtmittels senkt und entspannt. Somit führt die Einführung einer Zusatzplatine zur Senkung eines thermischen Leistungseintrags auf der Leiterplatte. Auch kann durch die Einführung einer Zusatzplatine die EMV-Belastung reduziert sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kühlkörper zwischen der Zusatzleiterplatte und der Leiterplatte angeordnet. Somit sind die Leiterplatten räumlich über den Kühlkörper getrennt, weswegen beispielsweise Abwärme der Zusatzleiterplatte im Wesentlichen zum Kühlkörper geführt wird.
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Mit Vorteil ist das Gehäuse vorrichtungstechnisch einfach als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Die Zusatzleiterplatte kann dann vorrichtungstechnisch einfach von dem Gehäuse umspritzt sein, insbesondere vollständig umspritzt sein. Dies ist dadurch ermöglicht, da auf der Zusatzleiterplatte vorzugsweise kein Leuchtmittel vorgesehen ist. Somit kann die Zusatzleiterplatte kostengünstig und vorrichtungstechnisch einfach im Leuchtmodul angeordnet werden.
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Es ist denkbar, dass die Leiterplatte kostengünstig und vorrichtungstechnisch einfach von dem Gehäuse umspritzt ist und/oder mit dem Kühlkörper mit zumindest einem Befestigungsmittel verbunden ist.
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Das Gehäuse kann buchsenförmig ausgestaltet sein und eine axiale Buchsenöffnung als Gehäuseöffnung aufweisen, über die dann das Leuchtmittel die Strahlung emittieren kann. Die Leiterplatte kann sich dann etwa quer zur Längsachse des buchsenförmigen Gehäuses erstrecken, womit das zumindest eine Leuchtmittel auf einfache Weise in Richtung der Gehäuseöffnung strahlen kann. Vorzugsweise ist die Leiterplatte im Endbereich des buchsenförmigen Gehäuses nahe der Gehäuseöffnung angeordnet.
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Die Leiterplatte kann eine Befestigungsseite aufweisen, an der dann das zumindest eine Leuchtmittel befestigt und elektrisch kontaktiert ist. Es ist denkbar, dass an der Leiterplatte, insbesondere an der Befestigungsseite, zumindest ein elektrisches Bauteil zusätzlich zum zumindest einen Leuchtmittel befestigt und elektrisch kontaktiert ist.
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Am Gehäuse ist beispielsweise vorrichtungstechnisch einfach ein Teil einer Steckverbindung ausgebildet, um das Leuchtmittel elektrisch zu kontaktieren. Der Teil der Steckverbindung kann somit ebenfalls beispielsweise über ein Kunststoffspritzgussverfahren mit ausgebildet sein. Die Steckverbindung ist vorzugsweise auf einer von der Befestigungsseite wegweisenden Rückseite der Leiterplatte angeordnet. Insbesondere kann der Kühlkörper zwischen dem Teil der Steckverbindung und der Leiterplatte vorgesehen sein. Es ist zumindest denkbar, dass die Zusatzleiterplatte vorrichtungstechnisch einfach auf Seiten des Teils der Steckverbindung angeordnet ist. Die Zusatzleiterplatte kann somit beispielsweise im bereits vorhandenen Stromzuführungspfad von dem Teil der Steckverbindung zur Leiterplatte vorrichtungstechnisch einfach eingebunden werden. Bei dem Teil der Steckverbindung handelt es sich beispielsweise um eine Buchse, in die ein Stecker einführbar ist.
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Vorrichtungstechnisch einfach kann der Kühlkörper ebenfalls vom Gehäuse zumindest teilweise umspritzt sein. Der Kühlkörper kann dann beispielsweise als Einlegeteil einer Matrize in einem Kunststoffspritzgussverfahren vorgesehen sein. Die Leiterplatte und/oder die Zusatzleiterplatte können ebenfalls als Einlegeteile vorgesehen sein.
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Der Kühlkörper kann einen büchsenförmigen Kühlkörperabschnitt aufweisen, der sich dann zumindest abschnittsweise im Gehäuse, insbesondere etwa koaxial zum Gehäuse, erstrecken kann. Der Bodenabschnitt des büchsenförmigen Kühlkörpers erstreckt sich dann vorzugsweise entlang einer von der Befestigungsseite abweisenden Rückseite der Leiterplatte, um großflächig Wärme von der Leiterplatte abzuführen. Der Bodenabschnitt kann an der Leiterplatte, insbesondere etwa, anliegen und/oder über ein thermisches Leitmittel oder Befestigungsmittel mit der Leiterplatte verbunden sein.
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Die Zusatzleiterplatte ist vorzugsweise innerhalb des büchsenförmigen Kühlkörperabschnitts vorgesehen. Somit können auf vorrichtungstechnisch einfache Weise Außenabmaße des Leuchtmoduls unverändert sein. Des Weiteren kann vorzugsweise die Zusatzleiterplatte sich entlang des büchsenförmigen Kühlkörperabschnitts erstrecken. Somit kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise Wärme großflächig zum Kühlkörper geführt werden. Insbesondere ist die Zusatzleiterplatte dann thermisch mit dem Kühlkörper verbunden, wobei beispielsweise thermische Leitmittel vorgesehen sein können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Kühlkörper mit einer Wärmeleitstruktur, insbesondere mit Kühlrippen, aus dem Gehäuse auskragen. Vorzugsweise hat der Kühlkörper einen, sich insbesondere endseitig von seinem Mantelabschnitt radial wegerstreckenden und aus dem Gehäuse auskragenden, Radialbund oder Radialkragen. Von diesem aus können sich dann radial Außenkühlrippen in einer Richtung weg von der Leiterplatte, insbesondere axial, erstrecken. Der Kühlkörper kann somit in Richtung seiner Längsachse betrachtet auf der einen Seite den Bodenabschnitt und auf der anderen Seite den Radialbund mit den Kühlrippen aufweisen. Die Kühlrippen und der Radialbund sind etwa topfförmig angeordnet. Des Weiteren können die Kühlrippen den am Gehäuse ausgebildeten Teil der Steckverbindung umgreifen, wobei dieser vor mechanischen Krafteinflüssen über den Kühlkörper geschützt sein kann. Es ist denkbar, dass zumindest eine der Kühlrippen als Wärmepumpe (Heatpipe) ausgeführt ist, was für eine bessere Entwärmung sorgt.
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Vorzugsweise sind die Leiterplatte und die Zusatzleiterplatte über die Kontaktöffnung des Kühlkörpers elektrisch über einen oder mehrere elektrische Kontakt/e elektrisch verbunden. Vorzugsweise ist der zumindest eine elektrische Kontakt als Kontaktstift ausgestaltet, der sich von der Zusatzleiterplatte, insbesondere axial, über die Kontaktöffnung erstreckt. Der Kontaktstift kann dann beispielsweise in eine Kontaktaufnahme der Leiterplatte eintauchen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass sich von der Zusatzleiterplatte, insbesondere in axialer Richtung, zumindest ein Kontaktstift als Teil der Steckverbindung erstreckt. Somit ist denkbar, dass die Zusatzleiterplatte vorrichtungstechnisch einfach zwischen dem mit der Leiterplatte verbundenen Kontaktstift und dem Kontaktstift, der Teil der Steckverbindung ist, angeordnet ist. Vorzugsweise sind zwei Kontaktstifte, die Teil der Steckverbindung sind, vorgesehen, die sich dann, insbesondere etwa, im Parallelabstand zueinander erstrecken können. Des Weiteren können auch zwei, insbesondere sich im Parallelabstand erstreckende, Kontaktstifte zum Verbinden der Zusatzleiterplatte mit der Leiterplatte vorgesehen sein.
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Die Zusatzleiterplatte kann in radialer Richtung des Gehäuses gesehen zwischen dem Teil der Steckverbindung und dem Kühlkörper angeordnet sein.
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Vorzugsweise ist das Leuchtmittel zumindest eine lichtemittierende Diode (LED) vorgesehen. Für diese ist die thermische Entlastung der Leiterplatte besonders vorteilhaft, da deren Effizienz mit sinkender Wärmebelastung steigt.
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Eine LED oder Leuchtdiode kann in Form mindestens einer einzeln gehäusten LED oder in Form mindestens eines LED-Chips, der eine oder mehrere Leuchtdioden aufweist, oder in Form einer Mikro-LED, vorliegen. Es können mehrere LED-Chips auf einem gemeinsamen Substrat („Submount“) montiert sein und eine LED bilden oder einzeln oder gemeinsam beispielsweise auf einer Platine (z.B. FR4, Metallkernplatine, etc.) befestigt sein („CoB“ = Chip on Board). Die mindestens eine LED kann mit mindestens einer eigenen und/oder gemeinsamen Optik zur Strahlführung ausgerüstet sein, beispielsweise mit mindestens einer Fresnel-Linse oder einem Kollimator. Anstelle oder zusätzlich zu anorganischen LEDs, beispielsweise auf Basis von AlInGaN oder InGaN oder AlInGaP, sind allgemein auch organische LEDs (OLEDs, z.B. Polymer-OLEDs) einsetzbar. Die LED-Chips können direkt emittierend sein oder einen vorgelagerten Leuchtstoff aufweisen. Alternativ kann die lichtemittierende Komponente eine Laserdiode oder eine Laserdiodenanordnung sein. Denkbar ist auch eine OLED-Leuchtschicht oder mehrere OLED-Leuchtschichten oder einen OLED-Leuchtbereich vorzusehen. Die Emissionswellenlängen der lichtemittierenden Komponenten können im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen. Die lichtemittierenden Komponenten können zusätzlich mit einem eigenen Konverter ausgestattet sein. Bevorzugt emittieren die LED-Chips weißes Licht im genormten ECE-Weißfeld der Automobilindustrie, beispielsweise realisiert durch einen blauen Emitter und einen gelb/grünen Konverter.
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Auf der Leiterplatte und/oder auf der Zusatzleiterplatte kann zumindest ein elektrisches Bauteil zum Regeln eines konstanten Lichtstroms, insbesondere im relevanten Temperaturbereich im Automotive-Bereich von -40°C bis +125°C, und/oder zum Schutz des Leuchtmoduls und/oder des zumindest einen Leuchtmittels vorgesehen sein.
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Am Gehäuse ist vorzugsweise ein Teil eines Bajonettverschlusses ausgebildet, um das Leuchtmodul in einer Fassung, beispielsweise eines Reflektors, auf einfache Weise zu befestigen. Der Teil des Bajonettverschlusses ist vorzugsweise auf Höhe der Leiterplatte am Gehäuse ausgebildet. Des Weiteren kann ein Dichtring vorgesehen sein, der das Gehäuse umfasst und zwischen dem Teil des Bajonettverschlusses und dem Radialbund des Kühlkörpers, in axialer Richtung gesehen, angeordnet ist.
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Bei der Leiterplatte und/oder der Zusatzleiterplatte handelt es sich vorzugsweise um eine aus einem schwer entflammbaren Verbundwerkstoff ausgebildete Leiterplatte. Diese ist beispielsweise aus Epoxidharz und/oder Glasfasergewebe gebildet. Beispielsweise handelt es sich bei der Leiterplatte um eine FR4-Leiterplatte.
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Erfindungsgemäß ist ein Scheinwerfer vorgesehen, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Leuchtmodul gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Aspekte. Dieser kann einen Reflektor aufweisen, mit dem das Leuchtmodul verbindbar ist. Vorzugsweise wird der Scheinwerfer als Nebelscheinwerfer eingesetzt. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind als Lichtquelle für eine Blinkerfunktion und/oder eine Bremslichtfunktion und/oder eine Rücklichtfunktion und/oder eine Tagfahrlichtfunktion und/oder eine Positionslichtfunktion und/oder Kombinationen der genannten sowie weiterer Funktionen vorgesehen. Bei einem derartigen Scheinwerfer ist der Bauraum üblicherweise äußerst gering, weswegen sich das erfindungsgemäße Leuchtmodul besonders für einen derartigen Scheinwerfer eignet.
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Das Fahrzeug kann ein Luftfahrzeug oder ein wassergebundenes Fahrzeug oder ein landgebundenes Fahrzeug sein. Das landgebundene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug oder ein Schienenfahrzeug oder ein Fahrrad sein. Besonders bevorzugt ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen oder ein Personenkraftwagen oder ein Kraftrad. Das Fahrzeug kann des Weiteren als nicht-autonomes oder teil-autonomes oder autonomes Fahrzeug ausgestaltet sein.
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Der Begriff „etwa“ kann beispielsweise bedeuten, dass eine Abweichung in den fachüblichen Toleranzen oder von bis zu 5% vorhanden sein kann.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt in einem perspektivischen Längsschnitt ein Leuchtmodul.
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Gemäß der einzigen Figur ist ein Scheinwerfer 1, der vereinfacht mit einer Strichlinie dargestellt ist, mit einem Leuchtmodul 2 dargestellt. Dieses hat ein Gehäuse 4 aus Kunststoff, das etwa buchsenförmig oder etwa hohlzylindrisch ausgestaltet ist. In das Gehäuse 4 ist eine etwa kreisförmige Leiterplatte 6 eingesetzt. Auf einer Befestigungsseite 8 der Leiterplatte 6 sind mehrere vergleichsweise flache LED's 10 und weitere elektrische Bauteile 12 angeordnet. Der Einfachheit halber sind nur eine LED und ein elektrisches Bauteil mit einem Bezugszeichen versehen. Die Leiterplatte 6 ist endseitig des Gehäuses 4 angeordnet und erstreckt sich etwa quer zu einer Längsachse des Gehäuses 4. Die Befestigungsseite 8 weist hierbei in Richtung einer Gehäuseöffnung 14, über die dann die LED's 10 Licht emittieren können. Radial außen am Gehäuse 4 ist auf Höhe der Leiterplatte 6 ein Teil eines Bajonettverschlusses 16 ausgebildet.
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Vom Gehäuse 4 ist des Weiteren ein Kühlkörper 18 umspritzt. Dieser hat einen topfförmigen Kühlkörperabschnitt 20, der einen sich parallel zur Leiterplatte 6 erstreckenden Bodenabschnitt 22 aufweist. Vom Bodenabschnitt 22 erstreckt sich der Kühlkörperabschnitt 20 dann in einer Richtung weg von der Leiterplatte 6, also in einer Richtung entgegengesetzt zur Abstrahlrichtung der LED's 10. An seinem von der Leiterplatte 6 entfernten Endabschnitt ist am Kühlkörperabschnitt 20 ein Radialbund 24 ausgebildet, der sich radial nach außen weg erstreckt. Über den Radialbund 24 kragt der Kühlkörper 18 aus dem Gehäuse 4 aus. Kühlrippen 26 sind dann fingerartig radial außen am Radialbund 24 ausgebildet und erstrecken sich etwa im Parallelabstand zueinander und in einer Richtung weg von der Leiterplatte 6. Der Radialbund 24 wird in Axialrichtung gesehen beidseitig vom Gehäuse 4 über einen Gehäusebund 28 umgriffen. Auf einer zur Leiterplatte 6 weisenden Seite des Gehäusebunds 28 stützt sich dann ein Dichtring 30 ab.
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Radial innen vom Kühlkörperabschnitt 20 ist eine Zusatzleiterplatte 32 angeordnet und vom Gehäuse 4 umspritzt. Auf dieser können einseitig oder auf beiden Seiten elektrische Bauteile 34 angeordnet sein. Benachbart zur Zusatzleiterplatte 32 ist am Gehäuse 4 eine Steckerbuchse 36 ausgebildet. Diese erstreckt sich in axialer Richtung weg von der Leiterplatte 6. In die Steckerbuchse 36 kragen ausgehend vom Gehäuse 4 Kontaktstifte 38, von denen einer in der Figur dargestellt ist. Die Kontaktstifte 38 sind mit der Zusatzleiterplatte 32 elektrisch und mechanisch verbunden. Des Weiteren erstrecken sich von der Zusatzleiterplatte 32 zwei weitere Kontaktstifte 40, von denen in der Schnittansicht gemäß der Figur nur einer dargestellt ist. Die Kontaktstifte 40 sind dann in einer jeweiligen Kontaktaufnahme der Leiterplatte 6 eingesetzt und elektrisch und mechanisch mit dieser verbunden. Zum Führen der Kontaktstifte 40 von der Zusatzleiterplatte 32 hin zur Leiterplatte 6 ist im Bodenabschnitt 22 des Kühlkörpers 18 eine Kontaktöffnung ausgebildet. Die Zusatzleiterplatte 32 ist somit platzsparend und kompakt zwischen den Kontaktstiften 38 und 40 im Leuchtmodul 2 angeordnet.
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Offenbart ist ein Leuchtmodul mit einem Gehäuse, in dem eine Leiterplatte mit einem Leuchtmittel angeordnet ist. Neben einem Kühlkörper ist des Weiteren eine Zusatzleiterplatte vorgesehen, auf der zumindest ein elektronisches Bauteil für den Betrieb des Leuchtmoduls vorgesehen ist.
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Bezugszeichenliste
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| Scheinwerfer |
1 |
| Leuchtmodul |
2 |
| Gehäuse |
4 |
| Leiterplatte |
6 |
| Leuchtmittel (LED) |
10 |
| Elektrisches Bauteil |
12 |
| Gehäuseöffnung |
14 |
| Bajonettverschluss |
16 |
| Kühlkörper |
18 |
| Kühlkörperabschnitt |
20 |
| Bodenabschnitt |
22 |
| Radialbund |
24 |
| Kühlrippen |
26 |
| Gehäusebund |
28 |
| Dichtring |
30 |
| Zusatzleiterplatte |
32 |
| Elektrisches Bauteil |
34 |
| Kontaktstift |
38 |
| Kontaktstift |
40 |
