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Die Erfindung betrifft ein flächiges Anbauteil für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug.
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Beleuchtete Design-Elemente werden wie im Scheinwerferbau über komplexe Aufbauten erreicht, beispielsweise mittels eines Zusammenbaus aus Komponenten wie Lichtleiter, PCB mit LEDs, separatem Kühlkörper, mechanischem Halter sowie Licht-Diffusoren und Abdeckscheiben.
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Die Probleme des Standes der Technik werden gelöst durch: Ein flächiges Anbauteil gemäß dem Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug gemäß einem nebengeordneten abhängigen Anspruch.
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Ein Aspekt der Beschreibung betrifft den folgenden Gegenstand: Ein flächiges Anbauteil für ein Kraftfahrzeug mit einer Leucht- oder Signalfunktion umfassend: wenigstens eine Lichtabstrahlfläche zur Abstrahlung einer Abstrahllichtverteilung, welche die Leucht- oder Signalfunktion repräsentiert; einen sich an die Lichtabstrahlfläche anschließenden Schichtaufbau, welcher wenigstens eine Trägerschicht, welche für von einer Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen abgestrahltes Licht transparent ist, umfasst; die Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen, welche zumindest abschnittsweise in der Trägerschicht aufgenommen sind; und wenigstens eine Kühlvorrichtung, welche mit wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen thermisch leitend verbunden ist.
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Vorteilhaft vergrößert die Kühlvorrichtung die wärmeabgebende Oberfläche der Wärme produzierenden Halbleiterlichtquellen. Durch die Kühlung der Halbleiterlichtquellen wird deren Lebensdauer erhöht. Im gleichen Zuge kann die zugeführte Leistung und damit die Lichtstärke erhöht werden. Folglich profitiert die Sichtbarkeit. Es wird durch die Kühlvorrichtung ermöglicht, eine insbesondere homogene, anspruchsvolle Beleuchtung bereitzustellen, welche von den Endkunden gewünscht wird. Auch eine sichtbare Kontrasterhöhung durch unterschiedliche Lichtstärken über der Zeit und/oder in unterschiedlichen Bereichen des Anbauteils werden ermöglicht. Mit der Kühlung kann man die LED-Leistung erhöhen und Lichteffizienz-Verluste durch zusätzliche, beispielsweise teiltransparente Schichten für eine homogene Lichtverteilung kompensieren. Der Lichtstärke-Nachteil des einfacheren Schichtaufbaus gegenüber komplexeren und aktiv gekühlten Standardlösungen wird ausgeglichen. Das bereitgestellte Anbauteil eignet sich insbesondere zu einer Hervorhebung eines Fahrzeugdesigns auf der Straße und kann neben dem Hersteller-Logo weitere leuchtende Bereiche der gemeinsamen Abstrahlfläche umfassen.
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Ein weiterer Vorteil besteht in der Verbesserung der spektralen Stabilität einer gekühlten Lichtquelle. Damit werden thermisch beeinflusste Farbverschiebungen unterbunden bzw. in definierten Bereichen stabil gehalten.
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Zum Beispiel ist es von Vorteil, dass der Schichtaufbau eine volltransparente Außenschicht aufweist, welche die Lichtabstrahlfläche umfasst.
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Vorteile ergeben sich dadurch, dass der Schichtaufbau eine teiltransparente Schicht umfasst, welche das von den Halbleiterlichtquellen stammende Licht nur zu einem Teil in Richtung der Abstrahlfläche weiterleitet.
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So können mittels der teiltransparenten Schicht Symbole oder Grafiken leuchtend dargestellt werden.
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Vorteile ergeben sich dadurch, dass die Kühlvorrichtung auf einer von der Lichtabstrahlfläche abgewandten Seite wenigstens eine Kühloberfläche umfasst.
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Es ist beispielsweise vorteilhaft, dass die Lichtabstrahlfläche in wenigstens einer Raumrichtung, insbesondere in zwei zueinander lotrechten Raumrichtungen, konvex gekrümmt ist, und wobei der Schichtaufbau der Krümmung der Lichtabstrahlfläche folgt.
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Vorteilhaft wird damit eine Hinterleuchtung komplex geformter Flächen ermöglicht, z.B. leuchtendes Hersteller-Logo.
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Vorteilhafterweise kann das Anbauteil der Außenkontur der Kraftfahrzeugkarosserie insbesondere großflächig folgen.
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Ein Beispiel zeichnet sich dadurch aus, dass die Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen auf einem gemeinsamen elektronischen Träger angeordnet sind, wobei elektrische Leiterstrukturen des elektronischen Trägers mit elektrischen Kontakten der Halbleiterlichtquellen kontaktiert sind. Der elektronische Träger befindet sich zwischen den Halbleiterlichtquellen und dem Kühlkörper. Insbesondere kontaktiert der elektronische Träger mechanisch und wärmeleitend sowohl die Halbleiterlichtquellen als auch die Kühlvorrichtung.
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So ist es zum Beispiel von Vorteil, dass ein Kühlkörper der Kühlvorrichtung zumindest teilweise oder ganz innerhalb der Trägerschicht angeordnet ist und wenigstens ein Teil des Kühlkörpers außerhalb von der Trägerschicht angeordnet ist.
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Auf diese Weise wird eine passive oder auch eine aktive Kühlung ermöglicht.
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Es ist beispielsweise vorteilhaft, dass der elektronische Träger eine flexible Leiterplatte ist.
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Zum Beispiel ist es von Vorteil, dass der elektronische Träger innerhalb der Trägerschicht angeordnet ist.
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Im Folgenden wird auf die Figuren Bezug genommen.
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Die 1 zeigt in einem schematischen Schnitt ein flächiges Anbauteil 100 für ein Kraftfahrzeug mit einer Leucht- oder Signalfunktion. Das Anbauteil 100 umfasst: wenigstens eine Lichtabstrahlfläche 102 zur Abstrahlung einer Abstrahllichtverteilung LD1, welche die Leucht- oder Signalfunktion repräsentiert; einen sich an die Lichtabstrahlfläche 102 anschließenden Schichtaufbau 104, welcher wenigstens eine zumindest abschnittsweise transparent ausgebildete Trägerschicht 106 umfasst; eine Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen 108a-c, welche zumindest abschnittsweise in der Trägerschicht 106 aufgenommen sind; und wenigstens eine Kühlvorrichtung 110, welche mit wenigstens einem Teil der Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen 108a-c thermisch leitend verbunden ist.
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Bei der Trägerschicht 106 handelt es sich beispielsweise um eine farblich getönte transparente Schicht, die genügend Licht, welches von den Halbeleiterlichtquellen stammt, durchlässt, aber für den Betrachter von außen nicht vollständig transparent wirkt.
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Es ist abgebildet, dass der Schichtaufbau 104 eine volltransparente Außenschicht 112 aufweist, welche die Lichtabstrahlfläche 102 umfasst.
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Es ist ebenso abgebildet, dass der Schichtaufbau 104 eine teiltransparente Schicht 114 umfasst, welche das von den Halbleiterlichtquellen 108a-b stammende Licht nur zu einem Teil in Richtung der Abstrahlfläche 102 weiterleitet.
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In dem Beispiel ist gezeigt, dass die Kühlvorrichtung 110 auf einer von der Lichtabstrahlfläche 102 abgewandten Seite wenigstens eine Kühloberfläche 116 umfasst.
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Die Lichtabstrahlfläche 102 ist in wenigstens einer Raumrichtung z, insbesondere in zwei zueinander lotrechten Raumrichtungen y, z, konvex gekrümmt, wobei der Schichtaufbau 104 der Krümmung der Lichtabstrahlfläche 102 folgt.
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Der von Schmalseiten begrenzte Schichtaufbau 104 ist flächig ausgebildet. Der Schichtaufbau 104 folgt hierbei einer ebenen oder komplex geformten Fläche. Die Lichtabstrahlfläche 102 des Anbauteils 100 schließt sich an den Schmalseiten des Schichtaufbaus 104 bündig an das Anbauteil 100 umgebende Karosserieteile des Kraftfahrzeugs an.
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Die Halbleiterlichtquellen 108a-c koppeln das erzeugte Licht in die Trägerschicht 106 ein. Über den Schichtaufbau 104 wird das Licht bis zur Lichtauskoppelfläche 102 geleitet und aus dem Anbauteil 100 ausgekoppelt.
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In einem nicht gezeigten Beispiel umfasst die Trägerschicht 106 die Auskoppelfläche 102.
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Die Kühlvorrichtung 110 umfasst thermisch leitende Abschnitte 118a, 118b, 118c, welche die Halbleiterlichtquellen 108a-c thermisch leitend mit der gemeinsamen Kühlvorrichtung 110 verbinden. Die Abschnitte 118a-c können auch einstückig miteinander verbunden sein. Die Kühlvorrichtung 110, insbesondere die Abschnitte 118a-c, sind ganz oder abschnittsweise in der Trägerschicht 106 vergossen. Die Kühlvorrichtung 110, insbesondere die Abschnitte 118a-c, sind aus wärmeleitfähigem Kunststoff oder Metall.
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2 zeigt ein Beispiel des Anbauteils 100 in einem schematischen Schnitt. Zum Beispiel wird gezeigt, dass die Mehrzahl von Halbleiterlichtquellen 108a-e auf einem gemeinsamen elektronischen Träger 202 angeordnet sind, wobei elektrische Leiterstrukturen des elektronischen Trägers 202 mit elektrischen Kontakten der Halbleiterlichtquellen 108a-e kontaktiert sind.
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In einem nicht gezeigten Beispiel ist eine aktive Kühlung vorgesehen, bei der beispielsweise mittels eines Lüfters Außenluft an der Kühloberfläche 116 im Sinne einer Zwangszirkulation vorbeigeführt wird.
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Ein Kühlkörper 204 der Kühlvorrichtung 110 ist zumindest teilweise oder ganz innerhalb der Trägerschicht 106 angeordnet und wenigstens ein Teil des Kühlkörpers 204 ist außerhalb von der Trägerschicht 106 angeordnet.
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Die voneinander beabstandet angeordneten Halbleiterlichtquellen 108a-e sind auf dem elektronischen Träger 202 platziert. Der elektronische Träger 202 ist beispielsweise aus einem wärmeleitfähigen Kunststoff gefertigt. Der elektronische Träger 202 liegt an dem Kühlkörper 204 der Kühlvorrichtung 110 an.
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Im gezeigten Beispiel strahlen die Halbleiterlichtquellen 108a-e Licht in Richtung der Lichtabstrahlfläche 102 in die Trägerschicht 106 ab. Alternativ oder zusätzlich strahlen die Halbleiterlichtquellen 108a-e ihr Licht parallel zur Lichtabstrahlfläche 102 in die Trägerschicht 106 ein.
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Die Trägerschicht 106 umfasst ein transparentes Medium wie beispielsweise Polycarbonat, in welchem die Halbleiterlichtquellen 108a-e vergossen und gehalten sind.
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Die strukturierte Schicht 114 ist beispielsweise folienartig ausgebildet und umfasst optisch wirksame Strukturen. Beispielsweise umfasst die strukturierte Schicht 114 lichttransparente Öffnungen, welche von nichtlichttransparenten Bereichen umgeben sind.
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Der Kühlkörper 204 ist teilweise von der Trägerschicht 106 umschlossen. Der Kühlkörper 204 umfasst Kühlrippen 206a-f, welche aus der Trägerschicht 106 herausragen und mehrere Kühloberflächen 116 bereitstellen. In einem Beispiel ragt der Kühlkörper 204 selbst über die Enden der Trägerschicht 106 hinaus heraus. Ebenso sind weitere Schichten, wegweisend von der Lichtabstrahlfläche 102 angeordnet, möglich.
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In einem Beispiel ist der Kühlkörper 204 aus flexiblem, dünnem Metall oder einem thermisch leitenden Kunststoff gefertigt. In einem weiteren Beispiel werden Heatpipes, also metallisch ummantelte Wärmeleitrohre, als Kühlvorrichtung 110 verwendet.
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In einem weiteren Beispiel wird eine 3D-MID-Technologie MID (MID: Molded Interconnect Devices) verwendet, um den Kühlkörper thermisch leitend mit den Halbleiterlichtquellen 108a-e zu verbinden. Hierbei können Zweikomponentenspritzguss, Heißprägen, Maskenbelichtungsverfahren, Laserstrukturierung und Folienhinterspritzen allein oder in Kombination miteinander verwendet werden.
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3 zeigt im Unterschied zur 2, dass ein Kontaktkörper 302 des Kühlkörpers 204 zur thermischen Kontaktierung innerhalb des Schichtaufbaus nicht vollständig von der Trägerschicht 106 umschlossen ist. Vielmehr ist der Kontaktkörper 302 gegenüber der Trägerschicht 106 erhaben und ragt vollflächig aus der Trägerschicht 106 heraus. Dadurch wird die Wärmeabfuhr verbessert bzw. eine vergrößerte Kühlkörperfläche zum umgebenden Medium z.B. Luft bereitgestellt.
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4 zeigt im Unterschied zur 2, dass der Kühlkörper 204 einer einzelnen Halbleiterlichtquelle 108a zugeordnet ist. Des Weiteren ist die Halbleiterlichtquelle 108a so ausgebildet, dass sie Licht seitlich, also ach parallel zur Lichtaustrittsfläche 102 abstrahlt. Die weiteren nicht gezeigten Lichtquellen und Kühlkörper sind analog zu den gezeigten Elementen ausgebildet.
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In einem Beispiel ist ein Teil der Halbleiterlichtquellen einem gemeinsamen Kühlkörper zugeordnet und ein weiterer Teil der Lichtquellen ist einzelnen Kühlkörpern zugeordnet. Das bedeutet, dass paarweise Lichtquellen des weiteren Teils und Kühlkörper einander zugeordnet und voneinander beabstandet sind.
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5 zeigt im Unterschied zu 4, dass der Kühlkörper 204 mit seinem Kontaktkörper 302 aus der Trägerschicht 106 herausragt.
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6 zeigt ein weiteres Beispiel des Anbauteils 100 in einem schematischen Teilschnitt. Der elektronische Träger 202 ist eine flexible Leiterplatte. Die Halbleiterlichtquelle 108a ist auf der flexiblen Leiterplatte - auch „Flexboard“ genannt - montiert. Der elektronische Träger 202 umfasst im Bereich der Halbleiterlichtquellen 108 jeweilige Verstärkungen mit Kühlwirkung - z.B. Metallplättchen - im Sinne des Kühlkörpers 204. Der Kühlkörper 204 ist vorliegend im Verguss teilweise innerhalb des Schichtaufbaus 104 angeordnet und teilweise freigelegt. In dem Beispiel ist gezeigt, dass der elektronische Träger 202 innerhalb der Trägerschicht 106 angeordnet ist.
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In einem Beispiel sind der elektronische Träger 202 flexibel und der gemeinsame Kühlkörper 204 starr ausgebildet.
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7 zeigt ein Beispiel des Anbauteils 100 in einem schematischen Schnitt. Die Halbleiterlichtquellen 108 sind auf einer starren Leiterplatte - einem Printed Circuit Board - im Sinne des elektronischen Trägers 202 angeordnet. Die starre Leiterplatte ist z.B. über ein Kaltgas-Spritzverfahren metallisch beschichtet und umfasst von der Lichtaustrittsfläche 102 abgewandt eine kühlende Beschichtung 702 im Sinne der Kühlvorrichtung 110. Diese kühlende Beschichtung 702 ist entweder vollständig innerhalb des Schichtaufbaus 104 und von diesem umschlossen, oder schließt - wie gezeigt - das Anbauteil 100 teilweise ab und ragt beispielsweise aus der Trägerschicht 106 heraus.
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8 zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht ein Kraftfahrzeug 800. An der Front des Kraftfahrzeugs 800 sind zwei Scheinwerfer 802a, 802b angeordnet. Zwischen den beiden Scheinwerfern 802a, 802b ist das Anbauteil 100 angeordnet, dessen Lichtabstrahlfläche 102 sichtbar angeordnet ist.
