DE102006057570A1

DE102006057570A1 - Scheinwerferbaugruppe mit Kühlkanal

Info

Publication number: DE102006057570A1
Application number: DE102006057570A
Authority: DE
Inventors: Jeyachandrabose Canton Chinniah; Edwin M. Saline Sayers; Harvinder Shelby Singh; James D. West Bloomfield Tarne
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Varroc Lighting Systems sro
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: JP4512084B2; US7478932B2; US20070121336A1; JP2007149696A; DE102006057570B4

Abstract

Es wird für ein Kraftfahrzeug eine Scheinwerferbaugruppe mit einer Lichtquelle, einer Kammer zur Aufnahme der Lichtquelle und einem Kühlkanal zum Abführen der Wärme aus der Kammer offenbart. Eine Wärmeleitwand und eine Wärmedämmwand wirken zwecks Bildung der Kammer und des Kanals zusammen. Die Wärmeleitwand weist eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als die Wärmedämmwand auf, sodass die Wärmeübertragung zwischen der Kammer und dem Kühlkanal gefördert und die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkanal und dem relativ warmen Motorraum verringert wird.

Description

Hintergrund
1. Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Scheinwerferbaugruppe für ein Kraftfahrzeug. Speziell betrifft sie die Realisierung eines Luftstroms zur Kühlung der Scheinwerferbaugruppe.

2. Stand der Technik

Scheinwerferbaugruppen haben eine Lichtquelle, wie z. B. eine Glühlampe, eine Leuchtdiode (LED) oder eine Hochintensitätsentladungslampe, die innerhalb einer Scheinwerferkammer angeordnet und mit einer Energiequelle elektrisch verbunden ist. Die Scheinwerferkammer ist normalerweise durch eine vor der Lichtquelle angeordnete durchsichtige oder durchscheinende Streuscheibe sowie einen hinter der und/oder um die Lichtquelle herum angeordneten Reflektor definiert. Die hier verwendeten Begriffe „vor/vorn" und „hinter/hinten" beziehen sich auf die Position der Lichtquelle und die für das Sehen des Lichts der Lichtquelle vorgesehene Richtung. Das Licht der Lichtquelle soll also von einer vorn liegenden Position aus gesehen werden.

Während eines Betriebszyklus der Scheinwerferbaugruppe erzeugen die Lichtquellen und andere Komponenten der Lampe im eingeschalteten Zustand Wärme und kühlen sich im ausgeschalteten Zustand ab, sodass die Kammer Temperaturschwankungen unterliegt und die innerhalb der Kammer befindliche Luft sich ausdehnt und zusammenzieht. Damit ein relativ konstanter Kammerdruck beibehalten wird, hat die Kammer typischerweise mindestens eine Öffnung, die einen Luftaustausch zwischen der Kammer und der Umgebungsluft ermöglicht. Um jedoch Verunreinigungen, wie z. B. Staub und andere Schmutzpartikel, am Eindringen in die Kammer zu hindern, ist die Öffnung relativ klein und mit einer luftdurchlässigen Membran abgedeckt.

Zur Erreichung der vorgesehenen optimalen Leistung neuerer Lichtquellen, wie z. B. LEDs, und ihrer elektrischen Komponenten in der Scheinwerferbaugruppe ist es wünschenswert, dass die Innentemperatur der Scheinwerferbaugruppe unter der maximalen Betriebstemperatur gehalten wird. Deshalb ist es von Vorteil, die Scheinwerferbaugruppe mit einem Mechanismus auszustatten, der die Kammer und die darin angeordneten LEDs kühlt.

Scheinwerferbaugruppen sind normalerweise an einem Abschnitt des Fahrzeugrahmens befestigt, der an den Motorraum angrenzt. Die Temperatur innerhalb des Motorraums ist oftmals erheblich höher als die Temperatur außerhalb des Motorraums (die Umgebungstemperatur). Zum Beispiel geben die verschiedenen Fahrzeugkomponenten, wie z. B. der Verbrennungsmotor und sein Kühlsystem, während des Betriebs erwärmte Luft in den Motorraum ab. Als anderes Beispiel sei angeführt, dass die im Motorraum eingeschlossene Luft sowohl bei Gebrauch als auch bei Nichtgebrauch des Fahrzeugs durch Sonnenenergie aufgeheizt werden kann. Deshalb ist es von Vorteil, die Scheinwerferbaugruppe mit einem Mechanismus auszustatten, der die Scheinwerferbaugruppenkammer und die darin angeordneten Lichtquellen gegen die relativ hohen Temperaturen im Motorraum abschirmt.

Im Hinblick auf das Voranstehende ist es von Nutzen, wenn eine Scheinwerferbaugruppe mit einem Mechanismus zur Verfügung steht, der die inneren Komponenten des Mechanismus wirksam kühlt, während der Luftaustausch zwischen der Scheinwerferbaugruppenkammer und der Umgebung minimiert und die Kammer gegen den Motorraum und die damit verbundenen hohen Temperaturen abgeschirmt wird.

Zusammenfassung

Zur Überwindung der oben erwähnten Einschränkungen und anderer Nachteile des Standes der Technik wird für ein Kraftfahrzeug eine Scheinwerferbaugruppe mit einer Lichtquelle, einer Kammer zur Aufnahme der Lichtquelle und einem Kühlkanal zum Abführen der Wärme aus der Kammer bereitgestellt. Die Scheinwerferbaugruppe enthält außerdem eine Wärmeleitwand und eine Wärmedämmwand, die zwecks Bildung der Kammer und des Kanals zusammenwirken. Die Wärmeleitwand hat zum Beispiel eine die Kammer definierende erste Fläche und eine zweite Fläche, die zwecks Bildung des Kühlkanals mit der Wärmedämmwand zusammenwirkt. Die Wärmeleitwand weist eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als die Wärmedämmwand auf, sodass die Wärmeübertragung zwischen der Kammer und dem Kühlkanal gefördert und die Wärmeübertragung zwischen dem Kühlkanal und dem relativ warmen Motorraum verringert wird.

In einem Aspekt der Erfindung ist die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmwand kleiner oder gleich 5,0 W/(m·K), wobei W = Watt, m = Meter und K = Kelvin sind, und die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitwand größer oder gleich 10,0 W/(m·K). In einer stärker bevorzugten Ausführung ist die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmwand kleiner oder gleich 1,0 W/(m·K) und die der Wärmeleitwand größer oder gleich 20,0 W/(m·K). In einer noch stärker bevorzugten Ausführung ist die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmwand kleiner oder gleich 0,5 W/(m·K) und die der Wärmeleitwand größer oder gleich 50 W/(m·K).

Die Wärmeleitwand ist aus einem wärmeleitfähigen Material gefertigt, wie z. B. einem Metall, einer Metalllegierung oder einem Graphitmaterial. In einer der Ausführungen umfasst die Wärmeleitwand eine Vielzahl von in einem Basismaterial, wie z. B. einem Polymer, eingebetteten wärmeleitfähigen Materialien, wie z. B. Metall, Metalllegierung, Silicium oder Graphitmaterialien. In dieser Ausführung verbessern die wärmeleitfähigen Komponenten die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitwand, während das Basismaterial als eine relativ leichte, formbare Stützstruktur für die leitfähigen Komponenten dient. Die Wärmedämmwand ist aus einem wärmedämmenden Material gefertigt, wie z. B. ein Glas- oder Polymermaterial.

In einem anderen Aspekt der Erfindung enthält die Scheinwerferbaugruppe eine Trennwand, die sich so zwischen der Wärmeleitwand und der Wärmedämmwand erstreckt, dass eine Vielzahl von Kühlkanalabschnitten gebildet wird. Die Trennwand ragt in die Kammer hinein, um die Wärmeübertragung zwischen der Kammer und dem Kühlkanal zu unterstützen. Genauer ausgedrückt, leitet der in die Kammer hineinragende Abschnitt der Trennwand Wärme aus der Kammer in den Kühlkanal ab.

In einem weiteren Aspekt sind ein Einlass angrenzend an einen unteren Abschnitt der Scheinwerferbaugruppe und ein Auslass angrenzend an einen oberen Abschnitt der Scheinwerferbaugruppe angeordnet. Diese Konfiguration unterstützt die Wanderung relativ warmer Luft in Richtung des Auslasses durch Ausnutzung der natürlichen Eigenschaften von Fluiden. Außerdem sind der Einlass und der Auslass so konfiguriert, dass die durch die Bewegung des Fahrzeugs bewirkte Luftströmung in natürlicher Weise aufwärts vom Einlass zum Auslass gerichtet ist.

Zur weiteren Unterstützung der Wärmeübertragung zwischen der Kammer und dem Kühlkanal enthält die Scheinwerferbaugruppe außerdem ein mit der Wärmeleitwand verbundenes thermoelektrisches Element. Das thermoelektrische Element hat zum Beispiel eine Platte mit einem innerhalb des Kühlkanals positionierten ersten Abschnitt und einem innerhalb der Kammer positionierten zweiten Abschnitt, und das thermoelektrische Element steht in elektrischer Verbindung mit einer Spannungsquelle. Ein elektrischer Strom wird von der Spannungsquelle bereitgestellt, sodass der erste Abschnitt kühler als der zweite Abschnitt wird, wodurch begünstigt wird, dass die Luft aus der Kammer einer Wärmeübertragung auf die Luft im Kühlkanal unterworfen ist.

In einem anderen Aspekt umfasst der Mechanismus zur Unterstützung der Wärmeübertragung zwischen der Kammer und dem Kühlkanal außerdem eine Vielzahl von Rippen, die von der Lichtquelle wegragen, um die Übertragung der Wärme von der Lichtquelle in die Kammer zu unterstützen. Die Rippen leiten zum Beispiel die Wärme von der Lichtquelle weg in Richtung des Kühlkanals und in die Kammer hinein. Deshalb sind die Rippen vorzugsweise aus einem wärmeleitfähigen Material, wie z. B. Metall, geformt.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nach Prüfung der nachfolgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Zeichnungen und beigefügten und ein Teil dieser Spezifikation bildenden Patentansprüche für Fachleute leicht erkennbar.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittdarstellung einer die Prinzipien der Erfindung verkörpernden Scheinwerferbaugruppe für ein Kraftfahrzeug.
2 ist ein entlang der Linie 2-2 in 1 geführter Schnitt, der den Kühlkanal zeigt.
3 ist eine der 2 allgemein ähnliche Schnittdarstellung einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung.
4 ist eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs, in dem die in 1 dargestellte Scheinwerferbaugruppe enthalten ist.
Ausführliche Beschreibung
1 zeigt eine Scheinwerferbaugruppe 10 mit einer Wärmeleitwand 12 und einer Streuscheibe 14, die zwecks Bildung einer Kammer 16 für ein Licht aussendendes Element 18, wie z. B. eine LED, zusammenwirken. Die Wärmeleitwand 12 umfasst zum Beispiel eine Innenfläche 12a und eine Außenfläche 12b; die Streuscheibe 14 umfasst eine Innenfläche 14a und eine Außenfläche 14b; die Innenfläche 12a der Wärmeleitwand 12 und die Innenfläche 14a der Streuscheibe 14 wirken zwecks Bildung der Kammer 16 zusammen. Die Wärmeleitwand 12 ist vorzugsweise lichtundurchlässig und aus einem Material mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit gefertigt, wie nachfolgend weiter beschrieben; die Streuscheibe 14 ist vorzugsweise durchsichtig oder durchscheinend und aus einem Kunststoff, wie z. B. Polycarbonat, gefertigt.
Die Scheinwerferbaugruppe 10 enthält Flächen, die zwecks Fokussierung der Lichtstrahlen zu einem Strahl mit gewünschter Charakteristik zusammenwirken und die Lichtstrahlen in Richtung der Streuscheibe 14 lenken. Zum Beispiel ist innerhalb der Kammer 16 ein Innenreflektor 20 zum Ablenken der vorwärtsgerichteten Strahlen auf die vorzugsweise Licht reflektierende Innenfläche 12a der Wärmeleitwand 12 positioniert. Die Innenfläche 12a reflektiert die Strahlen vorwärts in Richtung der Streuscheibe 14 und durch diese hindurch.
Die Wärmeleitwand 12 und die Streuscheibe 14 sind miteinander verbunden, sodass die Kammer 16 im Wesentlichen zur Atmosphäre abgedichtet ist. Die Kammer 16 ist jedoch mit einem Paar Druckausgleichsöffnungen 22, 24 ausgestattet. Beide Druckausgleichsöffnungen 22, 24 sind relativ kleine Öffnungen zwischen der Wärmeleitwand 12 und der Streuscheibe 14, die einen relativ kleinen Luftstrom in die Kammer 16 hinein und aus ihr heraus strömen lassen, um Druckschwankungen aufgrund von Temperaturänderungen innerhalb der Kammer 16 auszugleichen. Alternativ können Anzahl und Anordnung der Druckausgleichsöffnungen in der Scheinwerferbaugruppe 10 geändert werden, wenn es verschiedene Gestaltungskriterien erfordern.
Um Verunreinigungen, wie z. B. Staub und andere Schmutzpartikel, am Eindringen in die Kammer 16 zu hindern, sind Öffnungsabdeckungen 26, 28 über den Druckausgleichsöffnungen 22, 24 positioniert. Außerdem schützen die Öffnungsabdeckungen 26, 28 im Wesentlichen vor der Ansammlung von Feuchtigkeit in der Kammer 16, indem zwar das Eindringen und Ablassen von Feuchtigkeit ermöglicht, jedoch das Eindringen von Wasser in die Kammer 16 verhindert wird. Die in den Figuren dargestellten Öffnungsabdeckungen 26, 28 sind deshalb aus einer Luft-/feuchtigkeitsdurchlässigen Membran zusammengesetzt, wie z. B. GORE-TEX, es kann jedoch jedes geeignete Material verwendet werden.
Die nachfolgend nur noch als LED 18 bezeichnete Lichtquelle 18 ist auf einer Leiterplatte 32 befestigt, die elektronische Steuerungen und Anschlüsse für die LED 18 enthält. Außerdem sind die LED 18 und die Leiterplatte 32 durch einen Kühlkörper 34 mit Wärmeübertragungsrippen 38 abgestützt, die die Wärme von der LED 18 ableiten, wie nachfolgend weiter beschrieben wird. Der Kühlkörper 34 besteht aus einem Material mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit und ist über eine Stütze 36 mit der Wärmeleitwand 12 verbunden. Die Stütze 36 stützt also die LED 18 ab und enthält die (nicht dargestellten) elektrischen Verbinder, die sich zwischen der LED 18 und der Spannungsquelle erstrecken. Die Stütze 36 ist vorzugsweise über eine beliebige geeignete Verbindung, wie z. B. eine Schweiß- oder Schraubverbindung, an der Wärmeleitwand 12 befestigt. Alternativ können die einzelnen Komponenten 12, 36 eine einzige, aus einem Stück geformte Komponente sein. Beim Betrieb der Scheinwerferbaugruppe 10 erzeugt die LED 18 Wärme und erhöht damit die Temperatur der Luft, der Komponenten und der Strukturen innerhalb der Kammer 16. Die LED 18 und/oder weitere elektronische Komponenten können jedoch in ihrer Leistung abfallen oder versagen, wenn ihre maximalen Betriebstemperaturen überschritten werden. Zur Absenkung der Temperatur dieser Komponenten enthält die Scheinwerferbaugruppe 10 der Erfindung deshalb einen Kühlkanal 40, der sich angrenzend an die Kammer 16 erstreckt und der Kammer 16 Wärme entzieht.
Der Kühlkanal 40 wird teilweise durch eine Wärmedämmwand 42 mit einer Innenfläche 42a und einer Außenfläche 42b gebildet, wobei die Innenfläche 42a der Wärmedämmwand 42 zwecks Bildung des Kühlkanals 40 mit der Außenfläche 42b der Wärmeleitwand 12 zusammenwirkt. Außerdem enthält der Kühlkanal 40 einen Einlass 50 zur Aufnahme eines relativ kühlen Einlassluftstroms 51 aus der Atmosphäre und einen Auslass 52 zum Auslassen eines relativ warmen Auslassluftstroms 53 zurück in die Atmosphäre. Der an den Boden 54 der Scheinwerferbaugruppe 10 angrenzende Einlass 50 liegt tiefer als der am Oberteil 56 der Scheinwerferbaugruppe 10 angrenzende Auslass 52. Diese Ausführung unterstützt den natürlichen Konvektionsluftstrom durch den Kühlkanal 40. Deshalb wird selbst bei stehendem Fahrzeug naturgemäß der kühle Einlassluftstrom 51 aus der Atmosphäre in den Kühlkanal 40 eingesaugt.
Die Wärmeleitwand 12 und die Wärmedämmwand 42 sind vorzugsweise über ihre jeweiligen Längen zueinander beabstandet, sodass der Kühlkanal 40 eine im Wesentlichen konstante Weite aufweist, wodurch Strömungsverluste über dem Kühlkanal 40 minimiert werden.
Wie in 4 zu erkennen, ist die Scheinwerferbaugruppe 10 nahe eines Vorderbereichs 45 des Kraftfahrzeugs 44 und angrenzend an den Motorraum 48 platziert. Die Scheinwerferbaugruppe 10 ist genauer formuliert so positioniert, dass bei fahrendem Kraftfahrzeug 44 Frischluft der Atmosphäre vorbeiströmt und ein Teil davon als kühle Einlassluft 51 in den Einlass 50 der Scheinwerferbaugruppe 10 einströmt. Ein Luftkanal oder eine Luftöffnung (allgemein durch das Bezugszeichen 46 gekennzeichnet), der bzw. die durch den Vorderbereich 45 der Fahrzeugkarosserie, wie z. B. die Stoßstange, definiert ist, kann zur weiteren Unterstützung des Einströmens der kühlen Luft 51 nahe des Einlasses 50 positioniert sein. Alternativ kann der Luftkanal oder die Luftöffnung an der Unterseite 47 des Kraftfahrzeugs 44 positioniert sein, um die bei Bewegung des Kraftfahrzeugs 44 auf natürliche Weise strömende Luft aufzufangen. Der Einlass 50 ist vorzugsweise in größtmöglicher Entfernung von jeder Wärmequelle positioniert. Beispielsweise ist der Einlass 50 vorzugsweise an einer Stelle angeordnet, die relativ zur Scheinwerferbaugruppe 10 vorn liegt, wie z. B. an einer Stelle neben der Streuscheibe 14 der Scheinwerferbaugruppe 10. Durch diese Anordnung des Einlasses 50 wird die Wahrscheinlichkeit verringert, dass der Luftstrom 51 Wärme von den relativ heißen Komponenten des Motorraums 48 vor dem Eintreten in den Kühlkanal 40 aufnimmt.
Die in den Figuren dargestellte Scheinwerferbaugruppe 10 enthält verschiedene Mechanismen zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen der LED 18 und dem Kühlkanal 40. Wie zuvor erwähnt, leiten die Wärmeübertragungsrippen 38 Wärme von der LED 18 weg in Richtung der Wärmeleitwand 12. Außerdem leitet die Stütze 36 Wärme direkt zur Wärmeleitwand 12. Deshalb sind die Wärmeübertragungsrippen 38 und die Stütze 36 vorzugsweise aus einem Material mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit hergestellt, wie z. B. ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 10,0 W/(m·K). Stärker bevorzugt bestehen die Wärmeübertragungsrippen 38 und die Stütze 36 aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 20,0 W/(m·K). Am meisten bevorzugt bestehen die Wärmeübertragungsrippen 38 und die Stütze 36 aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit größer oder gleich 50,0 W/(m·K). Die Wärmeübertragungsrippen 38 und die Stütze 36 sind zum Beispiel aus einem Metall, einer Metalllegierung, Silicium oder einem Graphitmaterial hergestellt. In einem spezielleren Beispiel bestehen die Wärmeübertragungsrippen 38 und die Stütze 36 aus Aluminium. In einem anderen Beispiel enthalten die Wärmeübertragungsrippen 38 und die Stütze 36 eine Vielzahl von in einem Basismaterial, wie z. B. ein Polymer, eingebetteten wärmeleitfähigen Komponenten, wie z. B. ein Metall, eine Metalllegierung, Silicium oder Graphitmaterialien. In dieser Ausführung verbessern die wärmeleitfähigen Komponenten die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitwand, während das Basismaterial als eine relativ leichte, formbare Stützstruktur für die wärmeleitfähigen Komponenten dient.
Nachdem die Wärme von der LED 18 über die Wärmeübertragungsrippen 38 abgeleitet wurde, wird sie durch natürliche Konvektion auf die Wärmeleitwand 12 übertragen. Obwohl der Luftstrom durch die Kammer 16 aufgrund ihrer im Wesentlichen abgedichteten Art relativ gering ist, bewirken natürliche Temperaturgradienten, dass die erwärmte Luft nahe den Spitzen der Wärmeübertragungsrippen 38 in Richtung der Wärmeleitwand 12 strömt, wodurch die Konvektion zwischen den Rippen 38 und der Wand 12 verbessert wird.
Des Weiteren dient die Wärmeleitwand 12 als ein zweiter Mechanismus zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen der LED 18 und dem Kühlkanal 40. Genauer gesagt, leitet die Wärmeleitwand 12 Wärme aus der Kammer 16 in den Kühlkanal 40 ab, wo die erwärmte Luft in die Atmosphäre ausgestoßen wird, wie voranstehend beschrieben. Deshalb besteht die Wärmeleitwand 12 aus einem Material mit einer relativ hohen Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. einem Material mit den bereits erwähnten bevorzugten Wärmeleitfähigkeiten. Beispiele von Materialien für die Wärmeleitwand 12 sind Metall, Metalllegierung, Silicium oder Graphitmaterial und im Besonderen Aluminium. In einem anderen Beispiel kann die Wärmeleitwand 12 eine Vielzahl von in einem Basismaterial, wie z. B. ein Polymer, eingebetteten wärmeleitfähigen Komponenten, wie z. B. ein Metall, eine Metalllegierung, Silicium oder ein Graphitmaterial, aufweisen. In dieser Ausführung sind die bereits beschriebenen Vorteile gleichermaßen zutreffend.
Ein thermoelektrisches Element 58 dient als ein dritter Mechanismus zur Steigerung der Wärmeübertragung zwischen der LED 18 und dem Kühlkanal 40. Das in 1 dargestellte thermoelektrische Element 58 ist in der Wärmeleitwand 12 positioniert und umfasst eine in den Kühlkanal 40 hineinragende erste Fläche 62 und eine in die Kammer 16 hineinragende zweite Fläche 64. Die Ausführung des thermoelektrischen Elements 58 ist eine allgemein bekannte Konstruktion und muss hier nicht weiter beschrieben werden. Da von einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle ein elektrischer Strom an das thermoelektrische Element 58 geliefert wird, wird zwischen der erste Fläche 62 und der zweiten Fläche 64 eine Temperaturdifferenz gebildet. Genauer ausgedrückt wird bei einem durch das thermoelektrische Element 58 fließenden Strom die erste Fläche 62 wärmer und die zweite Fläche 64 kühler. Diese Temperaturdifferenz verbessert die Wärmeübertragung zwischen der Kammer 16 und dem Kühlkanal 40 durch Ableiten einer größeren Wärmemenge in den Kühlkanal 40 hinein. Alternativ kann das thermoelektrische Element 58 durch Umkehr des durch das thermoelektrische Element 58 fließenden Stroms entgegengesetzt betrieben werden. Die Scheinwerferbaugruppe 10 enthält außerdem verschiedene Mechanismen zum Dämmen des Kühlkanals 40 gegen die relativ hohen Temperaturen des Motorraums 48. Erstens ist der Einlass 50 wie voranstehend beschrieben, vorzugsweise vom Motorraum 48 so entfernt angebracht, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Einlassluftstrom 51 Wärme von den relativ heißen Komponenten des Motorraums vor dem Eintreten in den Kühlkanal 40 aufnimmt, verringert wird. Es kann jedoch von Vorteil sein, den Auslass 52 des Kühlkanals 40 angrenzend an den Motorraum 48 zu positionieren, um den Temperaturgradienten zwischen dem Einlass 50 und dem Auslass 52 zu vergrößern und dadurch die natürliche Strömungsgeschwindigkeit der Luft zwischen Ein- und Auslass zu erhöhen.
Die Wärmedämmwand 42 dient als ein zweiter Mechanismus zur Dämmung des Kühlkanals 40 gegen die relativ hohen Temperaturen des Motorraums 48. Genauer ausgedrückt besteht die Wärmedämmwand 42 aus einem Material mit einer relativ niedrigen Wärmeleitfähigkeit, wie z. B. ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner oder gleich 5,0 W/(m·K). Stärker bevorzugt besteht die Wärmedämmwand 42 aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner oder gleich 1,0 W/(m·K). Noch stärker bevorzugt besteht die Wärmedämmwand 42 aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner oder gleich 0,5 W/(m·K), und wiederum noch stärker bevorzugt besteht die Wärmedämmwand 42 aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit kleiner oder gleich 0,2 W/(m·K). Deshalb kann die Wärmedämmwand 42 hergestellt sein aus Glas, wie z. B. Natronkalkglas, Borosilicatglas; einer Keramik, wie z. B. Pyrokeramik; oder einem Polymer, wie z. B. Gummi, Epoxid, Nylon, Phenol, Polybutylenterephtalat (PBT), Polycarbonat (PC), Polyester, Polyethylen (PE), Polyethylenterephtalat (PET), Polyimid, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylchlorid (PVC) oder Silicon. In einem speziellen Beispiel ist die Wärmedämmwand 42 aus Polypropylen gefertigt.
Durch die Bildung des Kühlkanals 40 zwischen der Wärmeleitwand 12 und der Wärmedämmwand 42 kann die Scheinwerferbaugruppe 10 bei Minimierung der Bauteilkomplexität und der Bauteilkosten gewünschte Arten der Wärmeübertragung unterstützen und unerwünschte Arten der Wärmeübertragung verhindern. Der Kühlkanal 40 hat zum Beispiel eine allgemein große Fläche, weil er sich über die gesamte Fläche der Wärmeleitwand 12 erstreckt. Als anderes Beispiel ist der Kühlkanal 40 mit minimaler Bauteilkomplexität und minimalen Bauteilkosten ausgebildet, weil er aus zwei miteinander verbundenen, benachbarten Wänden 12, 42 geformt ist, die jeweils eine geringe Bauteilkomplexität aufweisen.
In 3 wird eine dem entlang der Linie 2-2 in 1 geführten Schnitt ähnliche Schnittdarstellung einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. Insbesondere ist die Scheinwerferbaugruppe 110 mit einer Wärmeleitwand 112 und einer Streuscheibe 114 dargestellt, die zwecks Bildung einer Kammer 116 für eine Licht emittierende Quelle zusammenwirken, wie z. B. eine LED oder ein anderes Element. Die Wärmeleitwand 112 umfasst eine Innenfläche 112a und eine Außenfläche 112b, die Streuscheibe 114 umfasst eine Innenfläche 114a und eine Außenfläche 114b. Die Innenfläche 112a der Wärmeleitwand 112 und die Innenfläche 114a der Streuscheibe 114 wirken derart zusammen, dass die Kammer 116 definiert wird. Die Scheinwerferbaugruppe 110 enthält außerdem einen Kühlkanal 140, der sich angrenzend an die Kammer 116 erstreckt und der Kammer 116 Wärme entzieht.
Eine Vielzahl von Trennwänden 166 erstreckt sich zwischen der Wärmeleitwand 112 und der Wärmedämmwand 142. Die Trennwände 166 bilden eine Vielzahl von Kühlkanalabschnitten 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f, 140g, 140h, 140i, 140j und 140k innerhalb des Kühlkanals 140 selbst. Obwohl in 3 elf Kühlkanalabschnitte dargestellt sind, kann jede geeignete Anzahl von Kühlkanalabschnitten verwendet werden. Die Trennwände 166 ragen außerdem durch die Wärmeleitwand 112 hindurch in die Kammer 116 hinein, um die Wärmeübertragung zwischen der Kammer 116 und dem Kühlkanal 140 durch Wärmeleitung zu unterstützen. Außerdem wird durch die Trennwände 166 die Oberfläche der die Wärme in den Kühlkanal 140 ableitenden Komponenten vergrößert, sodass die Wärmeübertragung noch stärker unterstützt wird. Die Trennwände 166 und die Wärmeleitwand 112 sind als eine aus einem Stück geformte Komponente ausgebildet, jedoch kann jede geeignete Konfiguration verwendet werden. Außerdem erstrecken sich die Trennwände 166 in 3 im Wesentlichen über die gesamte Höhe der Scheinwerferbaugruppe 110 (wobei sich die Höhe in eine Richtung zwischen dem Einlass und dem Auslass, die beide in 1 dargestellt sind, erstreckt). Alternativ können sich die Trennwände 166 auch nur über einen Abschnitt der Höhe erstrecken, zueinander ausgerichtet oder zueinander versetzt sein.
Die voranstehende ausführliche Beschreibung soll als Darstellung und nicht als Eingrenzung betrachtet werden, und es sind die nachfolgenden Patentansprüche einschließlich sämtlicher Entsprechungen, die den Geltungsbereich der Erfindung definieren sollen.

10: Scheinwerferbaugruppe
12: Wärmeleitwand
12a: Innenfläche
12b: Außenfläche
14: Streuscheibe
14a: Innenfläche
14b: Außenfläche
16: Kammer
18: Lichtquelle bzw. LED
20: Innenreflektor
22, 24: Paar Druckausgleichsöffnungen
26, 28: Öffnungsabdeckungen
32: Leiterplatte
34: Kühlkörper
36: Stütze
38: Wärmeübertragungsrippen
40: Kühlkanal
42: Wärmedämmwand
42a: Innenfläche
42b: Außenfläche
44: Kraftfahrzeug
45: Vorderbereich
46: Luftkanal bzw. Luftöffnung
47: Unterseite
48: Motorraum
50: Einlass
51: Einlassluftstrom
52: Auslass
53: Auslassluftstrom
54: Boden
56: Oberteil
58: thermoelektrisches Element
62: erste Fläche
64: zweite Fläche
110: Scheinwerferbaugruppe
112: Wärmeleitwand
112a: Innenfläche
112b: Außenfläche
114: Streuscheibe
114a: Innenfläche
114b: Außenfläche
116: Kammer
140: Kühlkanal
142: Wärmedämmwand
140a bis 140k: Kühlkanalabschnitte
166: Trennwände

Claims

Scheinwerferbaugruppe (10, 110) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – eine Streuscheibe (14, 114); – eine Wärmeleitwand (12, 112) mit einer Innenfläche (12a, 112a) und einer Außenfläche (12b, 112b), wobei die Innenfläche (12a, 112a) der Wärmeleitwand (12, 112) mit der Streuscheibe (14, 114) zusammenwirkt, sodass mindestens teilweise eine fluidisch von der Atmosphäre abgetrennte Kammer (16, 116) gebildet wird; – eine innerhalb der Kammer (16, 116) angeordnete Lichtquelle (18); und – eine Wärmedämmwand (42, 142) mit einer Innenfläche 42a, die zur Außenfläche (12b, 112b) der Wärmeleitwand (12, 112) beabstandet ist und mit dieser zwecks Bildung eines dazwischenliegenden Kühlkanals (40, 140) zusammenwirkt, sodass die Wärmeübertragung zwischen der Kammer (16, 116) und dem Kühlkanal (40, 140) unterstützt wird, wobei sich der Kühlkanal (40, 140) zwischen einem Einlass (50) und einem Auslass (52) erstreckt, die beide mit der Atmosphäre in Austausch stehen; – wobei die Wärmeleitwand (12, 112) eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die wesentlich höher als die der Wärmedämmwand (42, 142) ist, sodass die Wärmeübertragung zwischen der Kammer (16, 116) und dem Kühlkanal (40, 140) unterstützt wird.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach Anspruch 1, wobei die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmwand (42, 142) kleiner oder gleich 5,0 W/(m·K) und die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitwand (12, 112) größer oder gleich 10,0 W/(m·K) ist.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmwand (42, 142) kleiner oder gleich 1,0 W/(m·K) und die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitwand (12, 112) größer oder gleich 20 W/(m·K) ist.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmwand (42, 142) kleiner oder gleich 0,5 W/(m·K) und die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitwand (12, 112) größer oder gleich 50 W/(m·K) ist.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmeleitfähigkeit der Wärmedämmwand (42, 142) kleiner oder gleich 0,2 W/(m·K) und die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeleitwand (12, 112) größer oder gleich 50 W/(m·K) ist.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmeleitwand (12, 112) ein Basismaterial und eine Vielzahl von durch das Basismaterial abgestützten wärmeleitfähigen Komponenten umfasst.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Basismaterial ein Polymer ist.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die wärmeleitfähigen Komponenten aus einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten Material bestehen: Metall, Metalllegierung, Silicium und Graphit.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Wärmeleitwand (12, 112) ein wärmeleitfähiges und aus der folgenden Gruppe ausgewähltes Material enthält: Metall, Metalllegierung, Silicium und Graphit.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Wärmedämmwand (42, 142) aus einem aus der folgenden Gruppe ausgewählten wärmedämmenden Material besteht: Glas, Keramik, Kunststoff.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, außerdem mindestens eine Trennwand (166) umfassend, die in den Kühlkanal (40, 140) zwischen der Wärmeleitwand (12, 112) und der Wärmedämmwand (42, 142) hineinragt, sodass eine Vielzahl von Kühlkanalabschnitten (140a bis 140k) gebildet wird.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach Anspruch 11, wobei sich die mindestens eine Trennwand (166) von der Wärmeleitwand (12, 112) in die Kammer (16, 116) erstreckt.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Einlass (50) angrenzend an einen Boden (54) der Scheinwerferbaugruppe (10, 110) und der Auslass (52) angrenzend an einen Oberteil (56) der Scheinwerferbaugruppe (10, 110) angeordnet ist.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, außerdem ein zur Unterstützung der Wärmeleitung zwischen der Kammer (16, 116) und dem Kühlkanal (40, 140) in der Wärmeleitwand (12, 112) angeordnetes thermoelektrisches Element (58) umfassend.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Wärmeleitwand (12, 112) und die Wärmedämmwand (42, 142) im Allgemeinen gleichweit zueinander beabstandet sind.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, außerdem eine Vielzahl von mit der Lichtquelle (18) verbundenen Rippen (38) zur Unterstützung der Wärmeübertragung von der Lichtquelle (18) auf die Luft der Kammer (16, 116) umfassend.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach Anspruch 16, außerdem eine zur Abstützung der Lichtquelle (18) aus der Wärmeleitwand (12, 112) herausragende Stütze (36) umfassend.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach Anspruch 17, wobei die Rippen (38) und die Stütze (36) ein Metallmaterial enthalten.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Scheinwerferbaugruppe (10, 110) einen der Atmosphäre ausgesetzten Vorderbereich (45) und einen einem Motorraum (48) ausgesetzten hinteren Bereich umfasst.
Scheinwerferbaugruppe (10, 110) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Wärmeleitwand (12, 112) mindestens teilweise einen Reflektor bildet.