WO2012136637A1 - Scheinwerfer mit leuchtdioden - Google Patents

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WO2012136637A1
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Helge Hoffmann
Hans-Ulrich TOBUSCHAT
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JB Lighting Lichtanlagentechnik GmbH
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates to a headlamp with LEDs as light sources.
  • Headlight for z. B. scenic lighting, especially so-called wash lights or projectors are also used with light emitting diodes as light sources.
  • the LEDs can both individually and in small groups of z. B. three or four light emitting diodes preferably present with several different emission colors.
  • the light-emitting diodes are sensitive to high temperatures of the semiconductor material both in the luminous efficacy and in the lifetime, so that the effective dissipation of the in the
  • all light emitting diode arrays are cooled uniformly. It can be seen that, as a result, the different light-emitting diode arrangements on average achieve a longer service life and, in particular, early failures of light-emitting diodes occur in a reduced manner.
  • the more uniform cooling of all the light-emitting diode arrangements advantageously enables cooling with ambient air at low flow rates, whereby the noise development which is critical in many operating environments can be kept low by the air flow. Due to the uniform cooling of all light-emitting diode arrangements, the light-emitting diode arrangements can be operated with a higher average power.
  • the plurality of flow channels may be merged on the input side and / or output side with respect to the flow directions, in particular in a first and / or second common flow space.
  • the individual flow channels are advantageously closed on all sides transversely to their flow direction and can surround the heat sink in a preferred embodiment as a tubular body.
  • the flow directions in the plurality of flow channels preferably extend substantially parallel to each other and preferably at least approximately perpendicular to the surface of the common carrier plate.
  • the heat sinks advantageously contain a central core in transverse cross-section to the flow direction and of this radially radially projecting cooling wings.
  • the heat sink from a common body of several separate cooling fingers with substantially parallel course of the light emitting diode arrays away.
  • the invention is based on the knowledge that the generic generic cooling fins commonly used
  • Headlamps heat dissipation in radially outward areas by the already preheated air flow is less than in the cold air flowed through the center of the support plate and therefore reach the light emitting surface radially outermost LEDs due to lower heat dissipation unfavorable higher operating temperatures and show a higher failure rate.
  • the invention avoids this by the uniform cooling of all light-emitting diode arrangements over the several parallel flow channels.
  • the individual flow channels are advantageously designed to be thermally insulated from one another and against their radially outer environment, for which purpose the walls of the flow channels preferably consist at least predominantly of a non-metallic material, in particular a polymer plastic.
  • the heat sinks are connected through the carrier plate with good thermal conductivity with the respectively associated light-emitting diode arrangements.
  • connection is a purely mechanically detachable connection, wherein in particular the light emitting diode arrangements are pressed against each other standing heat contact surfaces against each other, wherein advantageously a deformable heat conducting layer, in particular a heat conducting film is inserted between the heat contact surfaces.
  • the light-emitting diode arrangements can advantageously each contain a separate heat-conducting body, which forms the heat-contact surface to the heat sink and can consist of good heat-conducting material, in particular copper, and on which the light-emitting diodes can advantageously be soldered via a carrier substrate.
  • the langeleitschreib can advantageously quickly absorb heat loss from load peaks associated with light-emitting diodes as a heat buffer.
  • holding elements are provided, which act directly between the heat sinks and the light-emitting diode arrangements.
  • holding elements can be provided on the heat sinks which project beyond the heat sinks facing away from the front side of the support plate and from the front side in holding engagement with the light emitting diode arrangements can be brought or from this solvable.
  • the light-emitting diode arrangements are mounted directly on the heat sinks, so that a particularly good thermal contact is ensured. is steady.
  • the heat sink protrude with extensions through openings in the carrier plate and beyond the front of the carrier plate.
  • the heat sink can advantageously have a base plate, which covers in each case an opening of the support plate and preferably rests at least partially in the opening of the base plate.
  • the heat sink between the support plate and cover plate are mechanically fixed in the direction of the surface normal, with a clamping of the individual heat sink against the support plate and cover plate can be provided.
  • a determination or bracing is preferably carried out via an intermediate body between the heat sink and cover plate, wherein such an intermediate body in a preferred embodiment at the same time in a tubular embodiment can form an individual flow channel to the associated heat sink.
  • FIG. 1 is an oblique view of a cooling device of a headlamp
  • FIG. 2 a flow channel with heat sink
  • FIG. 3 a cut flow channel
  • FIG. 5 shows a heat sink with light-emitting diode arrangement
  • 6 shows an uncut view of a preferred embodiment
  • FIG. 7 shows a sectional view of FIG. 6.
  • FIG. 8 is another partially sectioned view of FIG. 6.
  • Fig. 1 shows an oblique view from behind a section of a inventive headlight.
  • the headlamp contains in particular a support plate TP, which is preferably constructed in two layers from a support plate SP and a circuit board PL.
  • a plurality of light-emitting diode arrays is provided on the side facing away from the viewer in Fig. 1 of the carrier plate.
  • the light-emitting diode arrays are spaced apart over the surface of the carrier plate in a preferably regular grid.
  • the side facing away from the viewer in Fig. 1 of the support plate is also referred to as the front, the visible side as the back of the support plate. Accordingly, position designations are assigned to the front as the front and rear as the back to understand.
  • tubular bodies FR are arranged in a regular pattern.
  • the tubular bodies FR surround heat sinks KK, which in particular have a central core KE and cooling wings KR protruding radially therefrom, as is shown in detail in the following figures.
  • a cover plate DP Spaced from the support plate SP to the rear, a cover plate DP is provided, which is shown cut in half in Fig. 1.
  • the cover plate DT are in the same surface distribution as the tubular body FR Ausspa- provided in which the support plate SP facing away from the ends of the heat sink KK centered. Between the support plate SP remote from the ends of the tubular body FR and the cover plate DP can advantageously be inserted seals DI.
  • Fig. 2 shows an enlarged view of a section of a headlight of the type shown in Fig. 1, wherein in Fig. 2, only a single pipe body FR is shown with support plate, cover plate and heat sink. On the side facing away from the tubular body FR side, a light emitting diode arrangement LG is additionally shown, of which in particular a housing part OG is visible in FIG.
  • the tubular body FR has at its end facing the support plate SP outlet openings AO, which are formed in the example outlined between circumferentially spaced spacers DH at the end of the tubular body FR.
  • Fig. 3 shows an assembly of a centrally cut tubular body FR with a seal and a section of the cover plate DP.
  • the spacers DH can advantageously at least partially have projections ZF, which engage in recesses FA of the support plate SP and in this way determine the position of the tubular body FR relative to the support plate SP.
  • each disposed on the front side of the support plate light emitting diode array associated with its own heat sink with tubular body FR, wherein a light emitting diode array may also include a plurality of individual light emitting diodes, in particular individual light emitting diodes of different emission color.
  • the tubular bodies FR determine for a preferably formed by ambient air cooling fluid flow channels, which are each associated with the individual light-emitting diodes.
  • An air flow forced by a fan advantageously takes place from the side of the cover plate DP facing away from the support plate SP through the recesses AD of the cover plate into the tube bodies FR, which form defined flow channels with each light-emitting diode arrangement individually assigned partial air flows.
  • the space between the support plate SP and the cover plate DP forms a common for all flowing through the individual tubular body FR partial air streams flow space in which all the outlet openings AO of the plurality of tubular body FR open together.
  • the first flow space between the support plate SP and the cover plate DP is preferably open laterally outward.
  • a second, common to all flow channels second flow space formed, which is acted upon by a common for all flow channels fan as Fluid naveeinnchtung with ambient air as the cooling fluid.
  • the fan generates in the second common flow space an overpressure which causes air to flow through the flow channels and their outlet openings AO into the first common flow space and from there back into the environment through the recesses AD, which form the inlet openings for the flow channels.
  • the flow direction can also run counter to the openings AO as inlet openings and the recesses AD as outlet openings.
  • the delivery of heat generated in the LED arrangements heat dissipation to the partial air flows takes place substantially exclusively in the flow channels within the tubular body FR, where flow the partial air flows along the cooling wings KR of the heat sink KK and absorb heat from them.
  • the heat sinks KK themselves are in good heat-conducting contact with the light-emitting diode arrangements, for which recesses for the passage of heat-transmitting structures are formed in the support plate SP and the circuit board PL.
  • the openings in the support plate SP are advantageously by a sealing disc DS, which tightly encloses the solid core KE of the heat sink and covers the opening in the support plate SP in the region of the radially projecting from the core cooling wings.
  • a seal is advantageously provided by a ring seal DI in connection with the end of the tubular body FR facing away from the support plate SP and facing the cover plate DP, as shown in FIG.
  • the heat sinks are advantageously centered within the tubular body FR, and spaced apart with the radially outer edges of the cooling vanes KR by a small amount of the inner wall of the tubular body FR.
  • an anti-rotation be formed by as shown in Fig. 3 sketched securing projections DV on the tubular bodies FR protrude radially inward and each intervene in a space between adjacent cooling vanes.
  • the projections DV can at the same time center the tubular bodies FR relative to the heat sinks and thus relative to the recesses AD in the cover plate and the ring seals DE, which advantageously engage in depressions of the cover plate DP in the recesses AD.
  • the tubular body FR are preferably designed as plastic injection-molded body.
  • the cover plate and the tubular body also be formed by a uniform plastic injection molded part.
  • Fig. 4 shows in isolated representation a heat sink KK, which is designed to be elongated in the direction of a longitudinal axis LA and in particular by a portion of a profile, in particular an extruded aluminum profile, may be formed.
  • annular circumferential step ZS is formed at the ends of the cooling blades KR, which rests in the mounted state in the recess AD of the cover plate and the heat sink centered relative to the cover plate.
  • the core of the heat sink is recessed recessed advantageously against the plane of the fin.
  • the core KE can in particular protrude through an opening formed in the support plate SP and the circuit board PL and form the thermal contact with the light-emitting diode arrangement on the front side of the support plate.
  • a holding element HH which is designed in the example shown as a pivotable lever, as shown in Fig. 5, a light emitting diode array is fixed clamping on the core portion KE of the heat sink and clamped against the core region KE.
  • the light-emitting diode arrangement advantageously contains a heat-conducting body WK of good heat-conducting material, in particular copper, on which a compact group of four light-emitting diodes is fastened in good heat-conducting, in particular soldered.
  • the retaining element HH is pivotally held on the core region KE of the end of the heat sink KK facing the support plate SP.
  • the sealing disc DS shown in Fig. 2 is located between the suspension of the retaining element HH at the core region KE of the heat sink KK and the ends of the cooling wings KR facing the support plate SP.
  • the heat-conducting body WK can be pressed in the direction of the longitudinal axis LA of the cooling body against the end face of the core region KE, in order to ensure good heat transfer from the heat-conducting body WK of the light-emitting diode arrangement to the cooling body KK guarantee.
  • a heat-conductive, deformable layer in particular a heat-conducting foil, can be inserted between the heat contact surfaces of the heat-conducting body WK on the one hand and the heat sink KK, which are pressed against each other and which adapt to fine unevenness of the opposing thermal contact surfaces, thus making them particularly suitable can cause good heat transfer.
  • a heat sink may include a base body assigning the light-emitting diode arrangements and, based thereon, a plurality of cooling fingers which extend away from the base body in the direction away from the light-emitting diode arrangement.
  • the basic body can be connected to the heat-emitting body in a manner corresponding to the core KE. Due to the separate guidance of partial air flows through the individual tubular bodies FR as flow channels, the individual partial air streams, with which the respectively associated light-emitting diode arrangements are cooled via the heat sink, are essentially the same for all light-emitting diodes and thermally decoupled from each other by the parallel flow guidance.
  • a radial temperature gradient within the first flow space between the support plate SP and cover plate DP affects the partial air flows in the individual parallel flow channels practically not, so that for all light emitting diode arrangements regardless of the positioning within the surface of the support plate same thermal conditions can be created.
  • preferred flow direction of the partial air flows through the tubular body FR in the first common flow space with respect to the center of the surface of the cover plate and support plate radially outer tube body lying on their outer wall surfaces of a already preheated by the arranged in the surface centers heat sinks air flow flows around. Due to the heat-insulating design of the tube body walls made of low heat-conducting material, heat input from the preheated air flow into the flow channels located radially further outwards is largely avoided. A corresponding effect also results in the reverse flow direction.
  • Support plate TP and cover plate DP can be fixed to one another in a predetermined spatial position by fastening elements, which are designated in FIG. 1 by DW and BM.
  • Fig. 1 are still pivot joint SG shown, which allow pivoting of the headlamp about the pivot axis of the nozzle SG.
  • FIG. 6 shows, in a view analogous to FIG. 2, a detail of a cooling device of a headlamp with a light-emitting diode arrangement and a heat sink KF predominantly surrounded by a tubular body FF.
  • the tubular body FF in turn, in analogy to the embodiment of FIG. 2 at its the carrier plate TP assigning end spacer DH and outlet openings AO. Through the outlet openings AO in FIG. 6 parts of a to recognize a heat sink KF.
  • a housing part OG of a light emitting diode array LG is shown on the side facing away from the cover plate DP side of the support plate TP.
  • a housing part OG of a light emitting diode array LG is shown on the side facing away from the cover plate DP side of the support plate TP.
  • the tube body FF protrudes in the example sketched in FIG. 6 again with its end facing away from the support plate TP in a recess AD of the cover plate DP and is there
  • Fig. 7 shows the arrangement of FIG. 6 as a sectional view with a pipe longitudinal axis of the pipe body FF contained cutting plane.
  • the cooling body KF has a base plate GP, which rests in a recess AF of the support plate SP.
  • a step SS can be formed on the base plate GP, which corresponds to a step contour of the recess AF in the support plate SP and supports the base plate and thus the entire heat sink in axial direction with respect to the tube longitudinal axis and at the same time fixed transversely to the tube longitudinal axis.
  • the tube body FF has at its end facing the carrier plate advantageously also a support structure, for example in the form of a step SK on the spacers DH, which is supported on the side facing away from the carrier plate of the base plate GP.
  • the support plate facing away from the end of the tubular body FF is axially supported on the cover plate DP, so that there is an axial support and fixation of the heat sink KF between cover plate DP and support plate on the tubular body FF.
  • the edge of the tubular body FF facing the carrier plate is spaced from the carrier plate about the outlet openings AO.
  • the base plate GP of the heat sink continues in the tubular body FF in the form of a plurality of rod-shaped cooling fingers Fl, which are spaced apart from each other and along which a cooling air flow whose preferred flow direction in the tubular body FF is denoted by KS flows past and heat. receives me from the cooling fingers Fl and emerges as a heated air flow through the outlet openings AO.
  • the cooling fingers Fl are in a preferred embodiment substantially parallel to each other and to the tube longitudinal axis of the tubular body FF.
  • the base plate GP of the heat sink is continued in the embodiment shown in Fig. 7 through the opening in the support plate SP and the board PL with an extension FV.
  • the housing part OG of the light-emitting diode arrangement may in particular contain a reflector which widens conically in the beam direction.
  • the housing part OG can additionally serve in the present invention not further significant type for elek- fresh contacting of the light emitting diode array with traces or contacts on the board PL and / or for mechanical fixing of the heat sink in the opening of the support plate.
  • a mechanical fixing of the heat sink relative to the carrier plate can also be provided by locking structures between extension FV of the heat sink on the one hand and the carrier plate on the other hand.
  • FIGS. 6 and 7 shows the arrangement according to FIGS. 6 and 7 in a further view, in which, opposite to the illustration according to FIG. 6, the tubular body FF is cut open and details of the cooling body KF become clear with the cooling fingers F1 protruding from the base plate GP.

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Abstract

Für einen Scheinwerfer mit einer Mehrzahl von an einer Trägerplatte (TP) flächig verteilt angeordneten Leuchtdiodenanordnungen (LG) wird eine Kühleinrichtung zur Abführung von in den einzelnen Leuchtdiodenanordnungen anfallenden Verlustwärmeleistungen beschrieben, bei welcher eine Mehrzahl von strömungstechnisch parallel verlaufenden Strömungskanälen vorgesehen ist. Die einzelnen Strömungskanäle enthalten jeweils einen Kühlkörper (KK), welcher von dem Teil-Luftstrom durch den Strömungskanal (FR) zur Übertragung von Wärme umströmt ist und welcher gut wärmeleitend mit der jeweils zugeordneten Leuchtdiodenanordnung in Verbindung steht.

Description

Scheinwerfer mit Leuchtdioden
Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer mit Leuchtdioden als Lichtquellen. Scheinwerfer für z. B. szenische Beleuchtungen, insbesondere sogenannte Washlights oder Projektoren, werden auch mit Leuchtdioden als Lichtquellen eingesetzt. Die Leuchtdioden können sowohl einzeln als auch in kompakten Kleingruppen von z. B. drei oder vier Leuchtdioden mit vorzugsweise mehreren verschiedenen Emissionsfarben vorliegen. Die Leuchtdioden sind sowohl in der Lichtausbeute als auch in der Lebensdauer empfindlich gegen hohe Temperaturen des Halbleitermaterials, so dass das effektive Abführen der in den
Leuchtdioden anfallenden Verlustwärme von besonderer Bedeutung ist.
Gebräuchliche derartige Scheinwerfer mit einer Mehrzahl von Leuchtdiodenan- Ordnungen besitzen z. B. hinter einer für alle Leuchtdioden gemeinsamen Platine eine gemeinsame Trägerplatte aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere Aluminium von welcher der Platine abgewandt Kühlrippen abstehen. Die Kühlrippen verlaufen typischerweise von der Mitte der Trägerplatte im wesentlichen radial nach außen und bilden so annähernd radiale Strömungska- näle für Kühlluft, welche bei der Mitte der Trägerplatte mittels eines Lüfters axial gegen die Trägerplatte geblasen und radial umgelenkt wird und am seitlichen Umfang des Scheinwerfers austritt. Die Leuchtdiodenanordnungen stehen in gut wärmeleitender Verbindung mit der gemeinsamen Trägerplatte. Es zeigt sich, dass die Abfuhr von Verlustwärme dabei nicht zufriedenstellend ist und zu in der Leuchtfläche ungleichmäßigem Ausfall von Leuchtdioden führt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scheinwerfer mit verbesserter Wärmeabführung von den Leuchtdioden anzugeben.
Die Erfindung ist im unabhängigen Anspruch beschrieben. Die abhängigen An- sprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Durch die mehreren voneinander beabstandeten Kühlkörper und die den einzelnen Kühlkörpern zugeordneten Strömungskanäle, welche zueinander par- allel geschaltet sind und die Kühlkörper mit jeweils eigenen Teil-Fluidströmen beaufschlagen, werden alle Leuchtdiodenanordnungen gleichmäßig gekühlt. Es zeigt sich, dass hierdurch die verschiedenen Leuchtdiodenanordnungen im Mittel eine höhere Betriebslebensdauer erreichen und insbesondere frühe Ausfälle von Leuchtdioden reduziert auftreten. Die gleichmäßigere Kühlung aller Leuchtdiodenanordnungen ermöglicht vorteilhafterweise eine Kühlung mit Umgebungsluft bei niedrigen Strömungsraten, wodurch die bei vielen Einsatzumgebungen kritische Geräuschentwicklung durch den Luftstrom gering gehalten werden kann. Durch die gleichmäßige Kühlung aller Leuchtdiodenanordnungen können die Leuchtdiodenanordnungen mit höherer mittlerer Lei- stung betrieben werden.
Als Parallelschaltung von Strömungskanälen sei analog zur Elektrotechnik verstanden, dass die Teil-Fluidströme durch die Strömungskanäle nur durch jeweils einen Strömungskanal und nicht durch einen weiteren Strömungskanal strömen. Die mehreren Strömungskanäle können bezüglich der Strömungsrichtungen eingangsseitig und/oder ausgangsseitig zusammengeführt sein, insbesondere in einem ersten und/oder zweiten gemeinsamen Strömungsraum. Die einzelnen Strömungskanäle sind vorteilhafterweise quer zu ihrer Strömungsrichtung allseitig geschlossen und können in bevorzugter Ausführung als Rohrkörper die Kühlkörper umgeben. Die Strömungsrichtungen in den mehreren Strömungskanälen verlaufen vorzugsweise untereinander im wesentlichen parallel und vorzugsweise zumindest annähernd senkrecht zur Fläche der gemeinsamen Trägerplatte. Die Kühlkörper enthalten vorteilhafterweise im Querschnitt quer zur Strömungsrichtung einen mittigen Kern und von diesem sternförmig radial abstehende Kühlflügel. In anderer vorteilhafter Ausführung weisen die Kühlkörper von einem gemeinsamen Grundkörper aus mehrere getrennte Kühlfinger mit im wesentlichen parallelem Verlauf von den Leuchtdiodenanordnungen weg auf.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zugrunde, dass durch die im wesentlichen radial durchströmten Kühlrippen gebräuchlicher gattungsgemäßer
Scheinwerfer die Wärmeabfuhr in radial außen liegenden Bereichen durch den bereits vorerwärmten Luftstrom geringer ist als in der durch kalte Luft angeströmten Mitte der Trägerplatte und daher die in der Leuchtfläche radial außen liegenden Leuchtdioden wegen geringerer Wärmeabfuhr ungünstige höhere Betriebstemperaturen erreichen und eine höhere Ausfallrate zeigen. Die Erfin- dung vermeidet dies durch die gleichmäßige Kühlung aller Leuchtdiodenanordnungen über die mehreren parallelen Strömungskanäle.
Die einzelnen Strömungskanäle sind vorteilhafterweise gegeneinander und gegen ihre radial äußere Umgebung wärmeisoliert ausgeführt, wofür die Wän- de der Strömungskanäle vorzugsweise zumindest überwiegend aus einem nichtmetallischen Werkstoff, insbesondere einem Polymer-Kunststoff bestehen. Insbesondere bei Ausführung der Strömungskanäle innerhalb von rohrförmigen Hülsen und deren Anordnung in einem die Hülsen außen umgebenden gemeinsamen Strömungsraum wird dadurch vermieden, dass ein den gemeinsa- men Strömungsraum durchströmender Kühlluftstrom in nennenswertem Umfang in Wärmeaustausch mit den Strömungskanälen durch die Kanalwände hindurch tritt. Vorteilhafterweise sind die Kühlkörper durch die Trägerplatte hindurch gut wärmeleitend mit den jeweils zugeordneten Leuchtdiodenanordnungen verbunden. In erster vorteilhafter Ausführung ist die Verbindung eine rein mechanisch lösbare Verbindung, wobei insbesondere die Leuchtdiodenanordnungen an gegenüber stehenden Wärmekontaktflächen gegeneinander gedrückt sind, wobei vorteilhafterweise zwischen die Wärmekontaktflächen eine verformbare Wärmeleitschicht, insbesondere eine Wärmeleitfolie eingefügt ist. Die Leuchtdiodenanordnungen können dabei vorteilhafterweise jeweils einen eigenen Wärmeleitkörper enthalten, welcher die Wärmekontaktfläche zu dem Kühlkörper bildet und aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere Kupfer beste- hen kann und auf welchem die Leuchtdioden vorteilhafterweise gegebenenfalls über ein Trägersubstrat aufgelötet sein können. Die Wärmeleitkörper können vorteilhafterweise schnell Verlustwärme aus Belastungsspitzen zugeordneter Leuchtdioden als Wärmepuffer aufnehmen. Vorteilhafterweise sind Halteelemente vorgesehen, welche direkt zwischen den Kühlkörpern und den Leuchtdiodenanordnungen wirken. Insbesondere können an den Kühlkörpern Halteelemente vorgesehen sein, welche über die den Kühlkörpern abgewandte Vorderseite der Trägerplatte hinausragen und von der Vorderseite her in Halteeingriff mit den Leuchtdiodenanordnungen bringbar bzw. aus diesem lösbar sind.
In bevorzugter Ausführung sind die Leuchtdiodenanordnungen auf den Kühlkörpern direkt befestigt, so dass ein besonders guter Wärmekontakt gewährlei- stet ist. Hierfür ragen die Kühlkörper mit Fortsätzen durch Öffnungen der Trägerplatte hindurch und über die Vorderseite der Trägerplatte hinaus.
Die Kühlkörper können vorteilhafterweise eine Grundplatte aufweisen, welche jeweils eine Öffnung der Trägerplatte abdeckt und vorzugsweise zumindest zum Teil in der Öffnung der Grundplatte einliegt.
In bevorzugter Ausführung sind die Kühlkörper zwischen Trägerplatte und Deckplatte in Richtung von deren Flächennormalen mechanisch festgelegt, wobei auch eine Verspannung der einzelnen Kühlkörper gegen Trägerplatte und Deckplatte vorgesehen sein kann. Eine Festlegung bzw. Verspannung erfolgt vorzugsweise über einen Zwischenkörper zwischen Kühlkörper und Deckplatte, wobei ein solcher Zwischenkörper in bevorzugter Ausführung zugleich in röhrenförmiger Ausgestaltung einen individuellen Strömungskanal um den zu- geordneten Kühlkörper bilden kann.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:
Fig. 1 Schrägansicht auf eine Kühleinrichtung eines Scheinwerfers,
Fig. 2 einen Strömungskanal mit Kühlkörper, Fig. 3 einen aufgeschnittenen Strömungskanal,
Fig. 4 einen Kühlkörper,
Fig. 5 einen Kühlkörper mit Leuchtdiodenanordnung, Fig. 6 eine ungeschnittene Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform, Fig. 7 eine geschnittene Darstellung zu Fig. 6.
Fig. 8 eine andere teilgeschnittene Ansicht zu Fig. 6.
Fig. 1 zeigt in Schrägansicht von hinten einen Ausschnitt aus einem erfin- dungsgemäßen Scheinwerfer. Der Scheinwerfer enthalte insbesondere eine Trägerplatte TP, welche vorzugsweise zweilagig aus einer Stützplatte SP und einer Platine PL aufgebaut ist. Auf der dem Betrachter in Fig. 1 abgewandten Seite der Trägerplatte ist eine Mehrzahl von Leuchtdiodenanordnungen vorgesehen. Die Leuchtdiodenanordnungen sind über die Fläche der Trägerplatte in einem vorzugsweise regelmäßigen Raster voneinander beabstandet angeordnet. Die dem Betrachter in Fig. 1 abgewandte Seite der Trägerplatte sei auch als Vorderseite, die sichtbare Seite als Rückseite der Trägerplatte bezeichnet. Entsprechend seien Lagebezeichnungen vorne als der Vorderseite zugeordnet und hinten als der Rückseite zugeordnet zu verstehen.
Auf der Rückseite der Stützplatte SP sind gemäß der Darstellung in Fig. 1 eine Mehrzahl von Rohrkörpern FR in einem regelmäßigen Raster angeordnet. Die Rohrkörper FR umgeben Kühlkörper KK, welche insbesondere einen mittigen Kern KE und von diesem radial abstehende Kühlflügel KR besitzen, wie in nachfolgenden Figuren noch im Detail dargestellt ist.
Von der Stützplatte SP nach hinten beabstandet ist eine Deckplatte DP vorgesehen, welche in Fig. 1 zur Hälfte ausgeschnitten dargestellt ist. In der Deckplatte DT sind in gleicher flächiger Verteilung wie die Rohrkörper FR Ausspa- rungen AD vorgesehen, in welche der Stützplatte SP abgewandte Enden der Kühlkörper KK zentriert einhegen. Zwischen die der Stützplatte SP abgewandten Enden der Rohrkörper FR und die Deckplatte DP können vorteilhafterweise Dichtungen DI eingefügt sein.
Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus einem Scheinwerfer der in Fig. 1 dargestellten Art, wobei in Fig. 2 lediglich ein einzelner Rohrkörper FR mit Trägerplatte, Deckplatte und Kühlkörper dargestellt ist. Auf der dem Rohrkörper FR abgewandten Seite ist zusätzlich eine Leuchtdioden- anordnung LG mit dargestellt, von welcher in Fig. 2 insbesondere ein Gehäuseteil OG sichtbar ist.
Der Rohrkörper FR weist an seinem der Stützplatte SP zugewandten Ende Austrittsöffnungen AO auf, welche im skizzierten Beispiel zwischen in Um- fangsrichtung beabstandeten Abstandshaltern DH am Ende des Rohrkörpers FR ausgebildet sind.
Fig. 3 zeigt eine Zusammenstellung eines mittig aufgeschnittenen Rohrkörpers FR mit einer Dichtung und einem Ausschnitt der Deckplatte DP. Die Abstands- halter DH können vorteilhafterweise zumindest teilweise Fortsätze ZF aufweisen, welche in Aussparungen FA der Stützplatte SP eingreifen und auf diese Weise die Position des Rohrkörpers FR relativ zu der Stützplatte SP bestimmen. Vorteilhafterweise ist jeder auf der Vorderseite der Trägerplatte angeordneten Leuchtdiodenanordnung ein eigener Kühlkörper mit Rohrkörper FR zugeordnet, wobei eine Leuchtdiodenanordnung auch mehrere einzelne Leuchtdioden, insbesondere einzelne Leuchtdioden unterschiedlicher Emissionsfarbe enthalten kann. Die Rohrkörper FR bestimmen für ein vorzugsweise durch Umgebungsluft gebildetes Kühlfluid Strömungskanäle, welche jeweils den einzelnen Leuchtdioden zugeordnet sind. Eine durch einen Lüfter erzwungene Luftströmung er- folgt vorteilhafterweise von der der Stützplatte SP abgewandten Seite der Deckplatte DP her durch die Aussparungen AD der Deckplatte in die Rohrkörper FR, welche definierte Strömungskanäle mit jeder Leuchtdiodenanordnung einzeln zugeordneten Teil-Luftströmen bilden. Der Raum zwischen der Stützplatte SP und der Deckplatte DP bildet einen für alle strömenden durch die einzelnen Rohrkörper FR Teil-Luftströme gemeinsamen Strömungsraum, in welchen alle Austrittsöffnungen AO der mehreren Rohrkörper FR gemeinsam münden. Der erste Strömungsraum zwischen der Stützplatte SP und der Deckplatte DP ist vorzugsweise seitlich nach außen offen.
Auf der der Stützplatte SP abgewandten Seite der Deckplatte DP ist vorteilhafterweise ein zweiter, für alle Strömungskanäle gemeinsamer zweiter Strömungsraum ausgebildet, welcher von einem für alle Strömungskanäle gemein- samen Lüfter als Fluidfördereinnchtung mit Umgebungsluft als Kühlfluid beaufschlagt ist. Der Lüfter erzeugt in dem zweiten gemeinsamen Strömungsraum einen Überdruck, welcher bewirkt, dass durch die Aussparungen AD, welche die Einlaßöffnungen für die Strömungskanäle bilden, Luft durch die Strömungskanäle und deren Austrittsöffnungen AO in den ersten gemeinsamen Strömungsraum und von dort wieder in die Umgebung strömt. In anderer vorteilhafter Ausführung kann die Strömungsrichtung auch entgegen gesetzt mit den Öffnungen AO als Eintrittsöffnungen und den Aussparungen AD als Austrittsöffnungen verlaufen. Die Abgabe von in den Leuchtdiodenanordnungen anfallenden Wärmeverlustleistungen an die Teil-Luftströmungen erfolgt im wesentlichen ausschließlich in den Strömungskanälen innerhalb der Rohrkörper FR, wo die Teil-Luftströme an den Kühlflügeln KR der Kühlkörper KK entlang strömen und von diesen Wärme aufnehmen. Die Kühlkörper KK selbst stehen in gut wärmeleitendem Kontakt mit den Leuchtdiodenanordnungen, wofür in der Stützplatte SP und der Platine PL Aussparungen zum Durchgriff von Wärme übertragenden Strukturen ausgebildet sind. Die Öffnungen in der Stützplatte SP sind vorteilhafterweise durch eine Dichtscheibe DS, welche den massiven Kern KE der Kühlkörper jeweils eng umschließt und die Öffnung in der Stützplatte SP im Bereich der radial von dem Kern abstehenden Kühlflügeln abdeckt. Bei der Eintrittsöffnung in die durch die Rohrkörper FR gebildeten Strömungskanäle ist eine Abdichtung vorteilhafterweise durch eine Ringdichtung DI in Verbindung mit dem der Stützplatte SP abgewandten und der Deckplatte DP zugewandten Ende des Rohrkörpers FR gegeben, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.
Die Kühlkörper sind vorteilhafterweise innerhalb der Rohrkörper FR zentriert und dabei mit den radial außen liegenden Kanten der Kühlflügeln KR um ein geringes Maß von der Innenwand der Rohrkörper FR beabstandet. Zugleich kann über die Kühlflügelstruktur vorteilhafterweise eine Verdrehsicherung gebildet sein, indem wie in Fig. 3 skizziert Sicherungsvorsprünge DV an den Rohrkörpern FR radial nach innen ragen und jeweils in einen Zwischenraum zwischen benachbarten Kühlflügel eingreifen. Die Vorsprünge DV können zugleich die Rohrkörper FR relativ zu den Kühlkörpern und damit relativ zu den Aussparungen AD in der Deckplatte und den Ringdichtungen DE, welche vorteilhafterweise in Vertiefungen der Deckplatte DP bei den Aussparungen AD einhegen, zentrieren. Die Rohrkörper FR sind vorzugsweise als Kunststoff- Spritzgusskörper ausgeführt. In anderer Ausführung können die Deckplatte und die Rohrkörper auch durch ein einheitliches Kunststoff-Spritzgussteil gebildet sein.
Fig. 4 zeigt in isolierter Darstellung einen Kühlkörper KK, welcher in Richtung einer Längsachse LA langgestreckt ausgeführt ist und insbesondere auch durch einen Abschnitt eines Profils, insbesondere eines Strangpress-Profils aus Aluminium, gebildet sein kann.
An dem der Deckplatte DP zugewandten Ende des Kühlkörpers KK ist eine ringförmig umlaufende Stufe ZS an den Enden der Kühlflügel KR ausgebildet, welche im montierten Zustand in der Aussparung AD der Deckplatte einliegt und den Kühlkörper relativ zu der Deckplatte zentriert. Der Kern des Kühlkörpers ist vorteilhafterweise gegen die Ebene der Kühlrippenenden vertieft ausgespart.
An dem der Stützplatte zugewandten Ende des Kühlkörpers ist dieser auf einen Bereich des massiven Kerns KE radial reduziert. Der Kern KE kann insbesondere durch eine Aussparung in der Stützplatte SP und der Platine PL gebildete Öffnung ragen und den Wärmekontakt zu der Leuchtdiodenanordnung auf der Vorderseite der Trägerplatte bilden. Mittels eines Halteelements HH, welches im skizzierten Beispiel als ein schwenkbarer Hebel ausgeführt ist, kann, wie in Fig. 5 dargestellt ist, eine Leuchtdiodenanordnung klemmend auf dem Kernbereich KE des Kühlkörpers festgelegt und gegen den Kernbereich KE verspannt werden. Die Leuchtdiodenanordnung enthält hierfür vorteilhafterweise einen Wärmeleitkörper WK aus gut wärmeleitendem Material, insbesondere Kupfer, auf welchem eine kompakte Gruppe von vier Leuchtdioden gut wärmeleitend befestigt, insbesondere aufgelötet ist. Das Halteelement HH ist an dem Kernbereich KE des der Stützplatte SP zuweisenden Endes des Kühlkörpers KK schwenkbar gehalten. Die in Fig. 2 dargestellte Dichtscheibe DS liegt zwischen der Aufhängung des Halteelements HH am Kernbereich KE des Kühlkörpers KK und den der Stützplatte SP zuweisenden Enden der Kühlflügel KR. Für die Ausführung von Halteelementen sind verschiedene andere Strukturen dem Fachmann an sich bekannt.
Durch Verschwenken des Halteelements HH in der in Fig. 5 dargestellten Pfeilrichtung kann der Wärmeleitkörper WK in Richtung der Längsachse LA des Kühlkörpers gegen die Endfläche des Kernbereichs KE gedrückt werden, um einen guten Wärmeübergang von dem Wärmeleitkörper WK der Leucht- diodenanordnung zu dem Kühlkörper KK zu gewährleisten. Vorteilhafterweise kann zwischen die einander gegenüber stehenden und gegeneinander ge- pressten Wärmekontaktflächen des Wärmeleitkörpers WK einerseits und des Kühlkörpers KK andererseits eine gut wärmeleitende, verformbare Schicht, insbesondere eine Wärmeleitfolie eingefügt sein, welche sich feinen Uneben- heiten der gegenüber stehenden Wärmekontaktflächen anpassen und so einen besonders guten Wärmeübergang bewirken kann.
In anderer, nicht dargestellter Ausführungsform kann ein Kühlkörper einen der Leuchtdiodenanordnungen zuweisenden Grundkörper und von diesem ausge- hend mehrere Kühlfinger, die voneinander getrennt von dem Grundkörper in Richtung von der Leuchtdiodenanordnung weg weisend verlaufen, enthalten. Der Grundkörper kann in zu dem Kern KE entsprechender Weise mit dem Wärmeluftkörper verbunden sein. Durch die getrennte Führung von Teil-Luftströmen durch die einzelnen Rohrkörper FR als Strömungskanäle sind die einzelnen Teil-Luftströme, mit welchen die jeweils zugeordneten Leuchtdiodenanordnungen über die Kühlkörper gekühlt werden, im wesentlichen für alle Leuchtdioden gleich und durch die parallele Strömungsführung thermisch voneinander entkoppelt. Durch die Ausfüh- rung der Rohrkörper FR aus gering wärmeleitendem Material, insbesondere nichtmetallisch aus Kunststoff, beeinflusst ein radialer Temperaturgradient innerhalb des ersten Strömungsraums zwischen Stützplatte SP und Deckplatte DP die Teil-Luftströme in den einzelnen parallelen Strömungskanälen praktisch nicht, so dass für alle Leuchtdiodenanordnungen unabhängig von der Positionierung innerhalb der Fläche der Trägerplatte gleiche thermische Bedingungen geschaffen werden können. Bei bevorzugter Strömungsrichtung der Teil- Luftströme durch die Rohrkörper FR in den ersten gemeinsamen Strömungsraum hinein sind die bezüglich der Flächenmitten von Deckplatte und Träger- platte radial weiter außen liegenden Rohrkörper an ihren Außenwandflächen von einem bereits durch die in den Flächenmitten angeordneten Kühlkörpern vorerwärmten Luftstrom umströmt. Durch die wärmeisolierende Ausführung der Rohrkörperwände aus gering wärmeleitendem Material wird ein Wärmeeintrag von dem vorerwärmten Luftstrom in die radial weiter außen liegenden Strö- mungskanäle weitgehend vermieden. Eine entsprechende Wirkung ergibt sich auch bei umgekehrter Strömungsrichtung.
Trägerplatte TP und Deckplatte DP können durch Befestigungselemente, welche in Fig. 1 mit DW und BM bezeichnet sind, in vorgegebener räumlicher Po- sition zueinander fixiert sein. In Fig. 1 sind noch Schwenkgelenkstutzen SG dargestellt, welche eine Schwenkung des Scheinwerfers um die Schwenkachse der Stutzen SG ermöglichen.
Fig. 6 zeigt in zu Fig. 2 analoger Ansicht einen Ausschnitt aus einer Kühlein- richtung eines Scheinwerfers mit einer Leuchtdiodenanordnung und einem von einem Rohrkörper FF überwiegend umgebenen Kühlkörper KF. Der Rohrkörper FF weist wiederum in Analogie zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 an seinem der Trägerplatte TP zuweisenden Ende Abstandshalter DH und Austrittsöffnungen AO auf. Durch die Austrittsöffnungen AO sind in Fig. 6 Teile ei- nes Kühlkörpers KF zu erkennen. Auf der der Deckplatte DP abgewandten Seite der Trägerplatte TP ist wiederum ein Gehäuseteil OG einer Leuchtdiodenanordnung LG dargestellt. Der Rohrkörper FF ragt in dem in Fig. 6 skizzierten Beispiel wiederum mit seinem der Trägerplatte TP abgewandten Ende in eine Aussparung AD der Deckplatte DP und ist dort bezüglich seiner Rohrlängsachse axial und quer zur Rohrlängsachse gehalten und abgestützt.
Fig. 7 zeigt die Anordnung nach Fig. 6 als Schnittdarstellung mit einer die Rohrlängsachse des Rohrkörpers FF enthaltenen Schnittebene. Der Kühlkör- per KF besitzt eine Grundplatte GP, welche in einer Aussparung AF der Stützplatte SP einliegt. Vorteilhafterweise kann an der Grundplatte GP eine Stufe SS ausgebildet sein, welche mit einer Stufenkontur der Aussparung AF in der Stützplatte SP korrespondiert und die Grundplatte und damit den gesamten Kühlkörper in bezüglich der Rohrlängsachse axialer Richtung abstützt und zu- gleich quer zur Rohrlängsachse fixiert. Der Rohrkörper FF weist an seinem der Trägerplatte zuweisenden Ende vorteilhafterweise gleichfalls eine Stützstruktur, beispielsweise in Form einer Stufe SK an den Abstandshaltern DH, auf, welche sich an der der Trägerplatte abgewandten Seite der Grundplatte GP abstützt. Das der Trägerplatte abgewandte Ende des Rohrkörpers FF ist axial an der Deckplatte DP abgestützt, so dass sich eine axiale Abstützung und Fixierung des Kühlkörpers KF zwischen Deckplatte DP und Trägerplatte über den Rohrkörper FF ergibt. An den Austrittsöffnungen AO ist wie im Beispiel nach Fig. 2 die der Trägerplatte zuweisende Kante des Rohrkörpers FF von der Trägerplatte um die Austrittsöffnungen AO beabstandet.
Die Grundplatte GP des Kühlkörpers setzt sich in den Rohrkörper FF fort in Form einer Mehrzahl von stabförmigen Kühlfingern Fl, welche voneinander beabstandet sind und entlang derer ein Kühlluftstrom, dessen bevorzugte Strömungsrichtung im Rohrkörper FF mit KS bezeichnet ist, vorbeiströmt und Wär- me von den Kühlfingern Fl aufnimmt und als erwärmter Luftstrom durch die Austrittsöffnungen AO austritt. Die Kühlfinger Fl sind in bevorzugter Ausführungsform im wesentlichen parallel zueinander und zu der Rohrlängsachse des Rohrkörpers FF.
Die Grundplatte GP des Kühlkörpers setzt sich in dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel durch die Öffnung in der Stützplatte SP und der Platine PL mit einem Fortsatz FV fort. Auf der den Kühlfingern Fl bzw. der Deckplatte DP abgewandten Ende des Fortsatzes FV des Kühlkörpers ist das Leuchtdioden- modul LD befestigt, wodurch sich ein besonders geringer Wärmeübergangswiderstand von den Leuchtdioden zu dem Kühlkörper ergibt. Das Gehäuseteil OG der Leuchtdiodenanordnung kann insbesondere einen sich in Strahlrichtung konisch aufweitenden Reflektor enthalten. Das Gehäuseteil OG kann zusätzlich in für die vorliegende Erfindung nicht weiter bedeutender Art zur elek- frischen Kontaktierung der Leuchtdiodenanordnung mit Leiterbahnen bzw. Kontakten auf der Platine PL und/oder zur mechanischen Festlegung des Kühlkörpers in der Öffnung der Trägerplatte dienen. Eine mechanische Festlegung des Kühlkörpers relativ zur Trägerplatte kann auch durch Verriegelungsstrukturen zwischen Fortsatz FV des Kühlkörpers einerseits und der Träger- platte andererseits vorgesehen sein.
Fig. 8 zeigt die Anordnung nach Fig. 6 und 7 in einer weiteren Ansicht, in welcher gegenüber der Darstellung nach Fig. 6 der Rohrkörper FF aufgeschnitten ist und Details des Kühlkörpers KF mit den von der Grundplatte GP abstehen- den Kühlfingern Fl deutlich werden.
Die vorstehend und die in den Ansprüchen angegebenen sowie die den Abbildungen entnehmbaren Merkmale sind sowohl einzeln als auch in verschiedener Kombination vorteilhaft realisierbar. Die Erfindung ist nicht auf die be- schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar.

Claims

Ansprüche:
Scheinwerfer mit einer Mehrzahl von voneinander beabstandet angeordneten annähernd punktförmigen Leuchtdiodenanordnungen sowie mit einer Kühleinrichtung zur Abführung von in den Leuchtdiodenanordnungen entstehender Verlustwärme mittels einer durch eine Fluidfördereinnchtung erzwungenen Fluidströmung über eine mit den Leuchtdiodenanordnungen gut wärmeleitend verbundene Kühlkörperanordnung, wobei die Kühlkörperanordnung mehrere diskrete, voneinander beabstandete Kühlkörper (KK) enthält und eine Strömungsleiteinrichtung (FR) die Kühlkörper über zueinander parallel geschaltete Strömungskanäle einzeln mit Teil- Fluidströmen beaufschlagt sind.
Scheinwerfer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leuchtdiodenanordnung ein eigener Kühlkörper (KK) mit Strömungskanal zugeordnet ist.
Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Leuchtdiodenanordnungen an einer gemeinsamen Trägerplatte angeordnet sind.
Scheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle auf der abgewandten Rückseite der Trägerplatte (TP) quer zur Trägerplatte verlaufen.
Scheinwerfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle zumindest überwiegend senkrecht zu der Trägerplatte verlaufen.
6. Scheinwerfer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Rückseite der Trägerplatte ein mit allen Strömungskanälen fluidleitend in Verbindung stehender erster Strömungsraum (SP, DP) ausgebildet ist.
7. Scheinwerfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungsraum (DP, SP) seitlich zur Umgebung strömungsoffen ausgeführt ist.
8. Scheinwerfer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle an ihren der Trägerplatte zuweisenden Enden zu dem ersten gemeinsamen Strömungsraum offen sind (AO).
9. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungsraum von der Rückseite der Trägerplatte (TP) be- abstandet durch eine Deckplatte (DP) abgeschlossen ist.
10. Scheinwerfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle durch Öffnungen (AD) der Deckplatte (DP) hindurch führen.
1 1 . Scheinwerfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Trägerplatte abgewandten Seite der Deckplatte (DP) die Strömungskanäle mit einem zweiten gemeinsamen Strömungsraum in Verbindung stehen. 12. Scheinwerfer nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erzwungenen Fluidströme durch die Strömungskanäle von dem zweiten zu dem ersten gemeinsamen Strömungsraum gerichtet sind.
13. Scheinwerfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des zweiten gemeinsamen Strömungsraums die Fluidfördereinrich- tung angeordnet ist. 14. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Umgebungsluft ist.
15. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle durch die Kühlkörper (KK) umgebende Rohrkör- per (FR) gebildet sind.
16. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (KF) durch Öffnungen der Trägerplatte (TP) hindurch in gut wärmeleitendem Kontakt mit den zugeordneten Leuchtdiodenanordnun- gen (LG) stehen.
17. Scheinwerfer nach einem der Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper eine die Öffnung der Trägerplatte (TP) abdeckende Grundplatte (GP) und mehrere im wesentlichen parallel und getrennt voneinander verlaufende, von der Grundplatte weg gerichtete Kühlfinger enthält.
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