Beschreibung

LED-Scheinwerfer

Die Erfindung betrifft einen LED-Scheinwerfer, insbesondere zur Verwendung in Fahrzeugen, speziell Kraftfahrzeugen.

Insbesondere bei der Verwendung von LEDs in Kfz-Scheinwer- fern kann die Notwendigkeit bestehen, dass die LED-Lichtquellen wegen auftretender thermischer Probleme gekühlt werden müssen.

Bisherige Lösungsansätze sind die passive Kühlung durch Verwendung von Kühlkörpern innerhalb eines Scheinwerfers. Diese werden zum Teil durch aktive Komponenten wie Lüfter unterstützt, welche die Luft innerhalb des Scheinwerfergehäuses umwälzen. Jedoch sind diese Lösungen vergleichsweise aufwendig und wenig effektiv. Auch sind sie vergleichsweise großvo- lumig und behindern dadurch eine häufig gewünschte Justage der Scheinwerfer.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine einfache, platzsparende und effektive Kühlung von LED-Scheinwerfern bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mittels eines LED-Scheinwerfers nach Anspruch 1 gelöst.

Der LED-Fahrzeugscheinwerfer weist gattungsgemäß mindestens eine Leuchtdiode (LED) als Lichtquelle auf. Es sind ausschließlich mit LED-Lampen bestückte LED-Scheinwerfer als auch LED-Scheinwerfer mit einer Mischung aus LED-Lampen und Nicht-LED-Lampen, z. B. Glühlampen, Xenon-Lampen usw. (LED- Hybrid-Scheinwerfer) umfasst. Jede LED-Lampe weist mindestens eine LED als Lichtquelle auf. Ferner ist mindestens ein Wärmeleitelement vorhanden, das sich von mindestens einer in

einem Scheinwerfergehäuse befindlichen Wärmequelle zu mindestens einem Kühlelement wärmekontaktierend erstreckt, wobei das Kühlelement zumindest teilweise außenseitig am Scheinwerfergehäuse angeordnet ist.

Das Wärmeleitelement ist dazu ausgestaltet, Wärme von der mindestens einen Wärmequelle abzuleiten. Als Wärmequellen treten typischerweise die LEDs (als primäre Wärmequelle) und / oder sekundär dazu zu deren Betrieb verbundene Bauteile auf, z. B. eine die LED(s) tragende Platine, Halterung (So ^¬ ckel), und so weiter. Weitere Wärmequellen können Elektronikbausteine umfassen, z. B. Treiberbausteine zum Betrieb mindestens einer LED. Das Wärmeleitelement steht somit an einer Seite wärmekontaktierend mit zumindest einer der Wärmequellen (LED direkt oder indirekt über Platine, Halterung etc. bzw. Elektronikbaustein usw.) in Verbindung und steht an einer anderen Seite wärmekontaktierend mit einem am Scheinwerfergehäuse angebrachten Kühlelement in Verbindung. Das Wärmeleitelement stellt folglich eine Wärmebrücke zwischen zumindest einer der Wärmequellen und dem zumindest teilweise außenseitig angeordneten Kühlelement bereit, wodurch die vom Wärmeleitelement zum Kühlelement geleitete Wärme vom Scheinwerfer effektiv nach Außen abgeführt werden kann. Jede Wärmequelle kann über ein eigenes Wärmeleitelement mit einem zugehörigen Kühlelement verbunden sein, alternativ können sich mehrere Wärmequellen ein Wärmeleitelement teilen. Die Position des Kühlelements bzw. der Kühlelemente ist im Motorraum an allen Seiten des Scheinwerfers möglich. In anderen Worten wird im Scheinwerfergehäuse erzeugte Wärme über das gut wärmeableitende Kühlelement nach Außen abgeführt. Das Kühlelement weist vorzugsweise gut wärmeleitendes Material (Wärmeleitfähigkeit λ insbesondere ≥ 15 W/(m-K), speziell > 200 W/(m-K)), wie z. B. aus Metall, insbesondere Eisen, Kupfer und / oder Aluminium, auf, oder auch wärmeleitenden Kunststoff, z. B. einen, der mit Kohlenstoff, insbesondere Kohlenstoff-Nanoröhrchen, versetzt ist.

Dieser LED-Scheinwerfer weist den Vorteil auf, dass ein effektives, wartungsfreies, platzsparendes und langlebiges Kühlsystem für LED-Scheinwerfer bereitgestellt wird. Dies ermöglicht insbesondere auch eine Verwendung von LED- Systemen hoher Leistung innerhalb geschlossener Systeme. Speziell als Vorteil für Kfz-Hersteller bzw. Zulieferer ergibt sich, dass ein solcher LED-Scheinwerfer zumindest auf Schnittstellenebene ohne oder mit nur geringer Anpassung in bestehenden Kfz-Konstruktionen Verwendung finden kann (Retro- fit), was insbesondere für Halogen- oder Xenon-Scheinwerfer von Vorteil ist.

Insbesondere zur Justage bevorzugt ist ein Scheinwerfer, bei dem das Wärmeleitelement mechanisch beweglich bzw. verstellbar ist. Dadurch wird eine Justage des Scheinwerfers (z. B. bezüglich Optik, Reflektor und / oder Lichtguelle) ermöglicht, da bei einer diesbezüglichen Lageverstellung das Wärmeleitelement mitgeführt werden kann. Dies ist insbesondere für eine automatische Leuchtweitenregulierung vorteilhaft.

Vorteilhaft kann ein Scheinwerfer sein, bei dem das wärmeleitende Element mindestens ein (insbesondere bewegliches bzw. verstellbares) Wärmerohr ( ' Heat Pipe ' ) umfasst.

Besonders vorteilhaft ist ein LED-Scheinwerfer, bei dem das Wärmeleitelement mindestens zwei miteinander in Wärmekontakt stehende und gegeneinander verschieblich angeordnete Wärmerohre bzw. Wärmerohrabschnitte aufweist. Eine Beweglichkeit kann beispielsweise durch einen flächigen, gleitenden Kontakt zweier Wärmerohre bzw. Wärmerohrteile erreicht werden.

Vorteilhaft kann aber auch ein Scheinwerfer sein, bei dem das Wärmeleitelement einen Kühlkreislauf mit mindestens einer (insbesondere flexiblen) Fluidleitung umfasst, welche mit einem Kühlfluid gefüllt ist. Dabei zirkuliert das

Kühlfluid, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, auf grundsätz ^¬ lich bekannte Weise zwischen dem an der Wärmequelle angrenzenden Bereich und dem am Kühlelement angrenzenden Bereich.

Der Kühlkreislauf kann passiv ausgelegt sein. Zur erhöhten Wärmeabfuhr kann es aber vorteilhaft sein, wenn er eine Pumpe zur Zirkulation des Kühlfluids aufweist.

Kühlelemente können passive Kühlkörper, wie Kühlrippen, Kühlkissen, Wärmerohre usw., Thermosyphons und / oder auch aktive Kühlsysteme, z. B. mit Lüfter, umfassen. Mit dem Kühlelement können auch bestehende Kühlsysteme verwendet werden, wie beispielsweise ein Kühlkreislauf einer Klimaanlage; jedoch ist dies meist mit einem erhöhten Montageaufwand verbunden.

Bevorzugt wird ein LED-Scheinwerfer, bei dem das Kühlelement eine gut wärmeleitende (Wärmeleitfähigkeit λ insbesondere ≥ 15 W/(m-K), speziell > 200 W/(m-K)) Wärmeübertragungsschnittstelle aufweist, die zur Befestigung mit einem außerhalb des Scheinwerfergehäuses angeordneten Kühlkörper eingerichtet ist. Alleine schon das Vorhandensein der Wärmeübertragungsschnittstelle verbessert aufgrund der Wärmeabstrah- lung nach Außen die Kühlung. Eine (mindestens) zweistückige Ausgestaltung weist den Vorteil einer hohen Entwurfsflexibilität auf, da bei änderung der Gehäuseform nur die Wärmeübertragungsschnittstelle neu gestaltet zu werden braucht und umgekehrt unterschiedliche Kühlkörpertypen einfach am Scheinwerfergehäuse angebracht werden können.

Es wird ferner bevorzugt, wenn das Kühlelement einen Wärme- konvektions-Kühlkörper aufweist, und zwar zur direkten Anbringung am Gehäuse und dem Wärmeleitelement oder indirekt über die Wärmeübertragungsschnittstelle.

Es kann auch bevorzugt sein, wenn das Kühlelement einen Lüfter aufweist.

Es kann auch bevorzugt sein, wenn das Kühlelement einen Ther- mosyphon aufweist.

Vorzugsweise wird das WärmeIeitelement durch eine öffnung im Scheinwerfergehäuse geführt. Die öffnung im Scheinwerfergehäuse kann das Wärmeleitelement eng umgeben. Alternativ kann die öffnung so groß sein, dass sie das Wärmeleitelement weit umgibt .

Zur Abdichtung der öffnung kann es vorteilhaft sein, wenn der LED-Scheinwerfer die öffnung, insbesondere außenseitig, abdeckt. Alternativ wird das Wärmeleitelement zu einem von der öffnung beabstandet angebrachten Kühlelement geleitet.

Besonders bevorzugt wird ein LED-Scheinwerfer, bei dem das Scheinwerfergehäuse zu einem Xenon-Scheinwerfergehäuse kompatibel ist (Retrofit) und das Kühlelement anstelle eines elektronischen Vorschaltgeräts für einen Xenon-Scheinwerfer am Scheinwerfergehäuse befestigt ist.

Vorzugsweise ist das Wärmeleitelement zum Gehäuse hin verbreitert ausgeführt, z. B. trichter- oder konusförmig zur Kontaktfläche hin verbreitert.

Auch können im Wärmepfad zwischen Wärmequelle bzw. LED und dem Kühlelement weitere Elemente vorhanden sein, z. B. wär- meleitfähige Folien usw.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird der LED-Fahrzeugscheinwerfer schematisch genauer beschrieben. Dabei können gleiche oder gleichwirkende Elemente über mehrere Figuren hinweg mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.

FIG 1 zeigt als Schnittdarstellung einen LED-Scheinwerfer gemäß einer ersten Ausführungsform;

FIG 2 zeigt als Schnittdarstellung einen LED-Scheinwerfer gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform;

FIG 3 zeigt als Schnittdarstellung einen LED-Scheinwerfer gemäß einer dritten Ausfuhrungsform;

FIG 4 zeigt als Schnittdarstellung einen LED-Scheinwerfer gemäß einer vierten Ausfuhrungsform.

FIG 1 zeigt als Schnittdarstellung einen LED-Scheinwerfer 1, bei dem in einem Scheinwerfergehause 2 aus Kunststoff drei mit Leuchtdioden ausgerüstete Lampen (LED-Lampen) 3 als Lichtquellen enthalten sind, welche ihr Licht durch eine optisch durchlassige Vorderseite 4 abgeben. Die LED-Lampen 3 können beispielsweise als Abblendlicht, Fernlicht bzw. Blinker dienen. Die LED-Lampen 3 sind über Kabel 6 gemeinsam mit einer elektrischen Schnittstelle 5 verbunden. Die LED-Lampen 3 sind mittels eines gemeinsamen beweglichen Warmerohrs 7 wärmeleitend mit einer gut wärmeleitenden Warmeubertragungs- schnittstelle 9 aus Eisen, Kupfer, Aluminium oder Legierungen davon verbunden. Genauer gesagt liegt das Warmerohr 7 einerseits an einem Metallsockel eines jeweiligen LED- Clusters (ohne Abb.) einer zugehörigen LED-Lampe 3 an, also indirekt, aber gut wärmeleitend mit den LEDs der LED-Cluster als primären Wärmequellen. Dazu wird das Warmerohr 7, das einen Kupfermantel aufweist, durch eine Wand der jeweiligen LED-Lampe 3 gefuhrt und warmekontaktierend oder nahe dem Sockel an dem LED-Cluster angeordnet. Andererseits fuhrt das Warmerohr 7 durch eine Gehauseoffnung 8 zu einer außenseitig am Gehäuse 2 angebrachten Warmeubertragungsschnittstelle 9 in Form eines Metallkorpers, welche die öffnung 8 verschließt. An der dem Warmerohr 7 entgegengesetzten Seite, also außerhalb des Gehäuses 2 ist an der Warmeubertragungsschnittstelle 9 ein Warmekonvektionskuhlkorper 10 mit Kuhlrippen über eine wärmeleitende Haftpaste angeflanscht. Das

Kühlelement ist hier also zweistückig aus der Wärmeübertragungsschnittstelle 9 und dem Wärmekonvektionskühlkörper 10 aufgebaut. Eine zweistückige Ausgestaltung weist den Vorteil einer hohen Entwurfsflexibilität auf, da bei änderung der Gehäuseform im Bereich der öffnung 8 nur die Wärmeübertragungsschnittstelle 9 neu gestaltet zu werden braucht und umgekehrt unterschiedliche Kühlkörper an einer einheitlichen Schnittstelle angebracht werden können.

Bei Betrieb der LEDs wird deren Wärme über das als Wärmebrücke dienende Wärmerohr 7 zunächst zur Wärmeübertragungsschnittstelle 9 geleitet. Folgend wird die Wärme großflächig von der Wärmeübertragungsschnittstelle 9 auf den außenliegenden Wärmekonvektionskühlkörper 10 übertragen, der sie durch Wärmekonvektion an die Umgebung abführt.

Das Wärmerohr 7 ist zur Justage der Lampen 3 beweglich ausgeführt. Eine Beweglichkeit entlang der x-Achse wird hier dadurch erreicht, dass die von den LED-Lampen 3 abgehenden geraden Abschnitte 7a jeweils zwei wärmekontaktierend ineinander eingesteckte Wärmerohr-Teilstücke bzw. -abschnitte aufweisen, die entlang der x-Richtung gegeneinander verschieblich sind, z. B. 3 bis 5 cm. Das Wärmerohr 7 kann dann auch als zweistückig und ineinander eingesetzt angesehen werden.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Scheinwerfergehäuse 2 zu einem Xenon-Scheinwerfergehäuse dahingehend kompatibel, dass die öffnung 8 zur Befestigung der Wärmeübertragungsschnittstelle 9 der öffnung zur Befestigung eines elektronischen Vorschaltgeräts, EVG, für einen Xenon- Scheinwerfer entspricht. In anderen Worten ist die öffnung für die Wärmeübertragungsschnittstelle 9 im Wesentlichen formgleich mit der für ein EVG vorgesehenen öffnung eines Xenonscheinwerfers. Dadurch brauchen bei einem übergang von einer Xenon-Lampe zu einer LED-Lampe 3 keine oder nur geringe

Anpassungsleistungen durchgeführt zu werden. Idealerweise entspricht das Scheinwerfergehäuse 2 zumindest in seiner Au ^¬ ßenkontur und seinen Schnittstellen im Wesentlichen einem Scheinwerfergehäuse für einen Xenon-Scheinwerfer.

FIG 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines LED-Schein ^¬ werfers 11, bei dem nun im Gegensatz zur Ausführungsform nach FIG 1 das Wärmerohr 12 an zwei unterschiedlichen Stellen mit einer jeweiligen Wärmeübertragungsschnittstelle 9 verbunden ist. Dadurch wird eine Wärmeabfuhr verstärkt.

FIG 3 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines LED- Scheinwerfers 14, bei der das Wärmerohr 15 direkt von Wärmequelle (LEDs bzw. LED-Sockel der jeweiligen LED-Lampe 3) zu Wärmequelle gezogen ist. Ferner ist hier der Kühlkörper 16 einstückig ausgeführt und am Gehäuse 17 die öffnung 8 überdeckend befestigt. Der Kühlkörper 16 ist als Gussteil mit Kühlrippen an seiner Oberseite ausgestattet und weist eine zur Befestigung am Gehäuse 17 ausgestaltete Unterseite auf, die eine in die öffnung 8 passende umlaufende Umrandung und eine auf das Gehäuse 17 aufsetzbare Dichtung aufweist (ohne Abb . ) .

FIG 4 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines LED- Scheinwerfers 18, bei der jede LED-Lampe 3 bzw. deren Wärmequelle (n) (direkt oder indirekt) über ein eigenes Wärmerohr 19,20,21 mit einem jeweilig zugeordneten Kühlkörper 22,23 bzw. 24 wärmekontaktierend verbunden sind.

Alternativ kann den Wärmerohren 19,20,21 ein gemeinsamer, die öffnungen 8 überdeckender Kühlkörper zugeordnet sein.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.

So kann das Kühlelement zusätzlich einen Lüfter aufweisen

oder statt als Wärmekonvektions-Kühlkörper als Thermosyphon ausgestaltet sein. Auch kann statt eines Wärmerohrs ein FIu- idkühlsystem bzw. einen Fluidkühlkreislauf mit mindestens einer flexiblen Fluidleitung verwendet werden, und zwar mit oder ohne Pumpe zur Umwälzung des Fluids, oder auch ein flexibles Wärmeleitelement aus gut leitendem (Wärmeleitfähigkeit λ vorzugsweise ≥ 15 W/(m-K), speziell > 200 W/(m-K)) Material, z. B. ein flexibles Kupfer- oder Aluminiumgeflecht. Auch sind wärmeleitfähige Kunststoffe als Wärmeübertragungsschnittstellen und / oder zur Verwendung in Kühlkörpern denkbar. Allgemein können zusätzlich oder alternativ andere passive oder aktive Kühlsysteme verwendet werden, z. B. unter Verwendung eines oder mehrerer Lüfter. Es können auch Kombinationen verschiedener Kühlelemente verwendet werden.

Das Wärmerohr kann an seinem dem Gehäuse zugewandten Ende flächig mit einem sich zum Gehäuse verbreiternden übergangsstück versehen sein, um einen Wärmeübertrag auf das Gehäuse zu verbessern.

Zur Beweglichkeit in mehreren Richtungen können beispielsweise gegeneinander verschiebliche, aber in Wärmekontakt stehende (zum Beispiel ineinander eingesteckte) Wärmerohrteile gekrümmt sein. Es kann mehr als eine Verschiebestelle vorhanden sein. Außer durch Einstecken können beispielsweise zwei seitlich versetzt angeordnete Wärmerohrteile über ihre Seiten in Wärmekontakt stehen und entlang ihrer gemeinsamen Längsachse verschieblich sein, z. B. mittels eines zwischen ihnen angeordneten Gleitlagers.

Ferner braucht die Wärmeübertragungsschnittstelle keine öffnung zu überdecken, sondern kann beispielsweise vollständig außerhalb am Gehäuse angebracht sein, z. B. mittels Abstandshaltern. Das Wärmerohr kann dann z. B. durch eine enge Durchführung durch das Gehäuse und dann außerhalb des Gehäu-

ses weiter zum Kühlelement geführt werden. Für diesen Fall bietet sich eine einstückige Ausführung des Kühlelements besonders an.

Der LED-Scheinwerfer braucht nicht nur mit LED-Lampen ausgerüstet zu sein, sondern kann beispielsweise nur mindestens eine LED-Lampe aufzuweisen. Andere Lampen können dann unterschiedliche Lichtquellen aufweisen, z. B. eine Glühlampe (LED-Hybrid-Scheinwerfer) und brauchen nicht mit einem Wärmeleitelement ausgerüstet zu sein.

Ferner können die LED-Lampen in Reihe geschaltet, parallel oder unabhängig geschaltet sein.

Auch ist der LED-Scheinwerfer nicht zur Verwendung in Kraftfahrzeugen beschränkt, sondern kann beispielsweise auch für andere Fahrzeuge wie Schiffe, Luftfahrzeuge usw. verwendet werden, oder für allgemeine Beleuchtungszwecke, wie z. B. zur Gebäudebeleuchtung, für Kräne usw.

Bezugszeichenliste

1 Scheinwerfer

2 Scheinwerfergehäuse

3 Leuchtdiode

4 Vorderseite

5 elektrische Schnittstelle

6 Kabel

7 Wärmerohr

8 Gehäuseöffnung

9 Wärmeübertragungsschnittstelle

10 Kühlkörper

11 Scheinwerfer

12 Wärmerohr

13 Gehäuse

14 Scheinwerfer

15 Wärmerohr

16 Kühlkörper

17 Gehäuse

18 Scheinwerfer

19 Wärmerohr

20 Wärmerohr

21 Wärmerohr

22 Kühlelement

23 Kühlelement

24 Kühlelement