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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für einen Fahrzeugscheinwerfer
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und
einen Fahrzeugscheinwerfer mit einer derartigen Beleuchtungseinheit.
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I. Stand der Technik
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Eine
derartige Beleuchtungseinheit ist beispielsweise in der
WO 2008/065030 A1 offenbart. Diese
Schrift beschreibt eine Beleuchtungseinheit für einen Fahrzeugscheinwerfer
mit einer Leuchtdiodeneinrichtung und einem metallischen Gehäuse,
das die Leuchtdiodeneinrichtung zumindest teilweise umschließt
und das mit Befestigungsmitteln zur Montage der Beleuchtungseinheit
in einem Fahrzeugscheinwerfer versehen ist. Diese Befestigungsmittel sind
derart ausgestaltet, dass sie eine Ausrichtung der Leuchtdiodenchips
gegenüber der Optik des Fahrzeugscheinwerfers ermöglichen.
Das metallische Gehäuse kann mit einem Kühlkörper
zur Kühlung der Leuchtdiodenchips verbunden werden und zur
elektromagnetischen Abschirmung von darin angeordneten Komponenten
einer Betriebsschaltung dienen. Allerdings ist die Fertigung des
metallischen Gehäuses vergleichsweise aufwendig und kostspielig.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße
Beleuchtungseinheit mit einem kostengünstigeren Gehäuse
bereitzustellen, die eine elektromagnetische Abschirmung ihrer Betriebsschaltung
sowie eine ausreichende Kühlung ihrer Leuchtdiodeneinrichtung
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
beschrieben.
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Die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit für
Fahrzeugscheinwerfer weist eine Leuchtdiodeneinrichtung und ein
Gehäuse auf, in dessen Innenraum auf einer Montageplatine
montierte Komponenten einer Betriebsschaltung zum Betreiben der Leuchtdiodeneinrichtung
angeordnet sind, wobei erfindungsgemäß das Gehäuse
aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise Kunststoff, besteht und
eine Aufnahme für eine metallische Wärmesenke
besitzt, die thermisch an die Leuchtdiodeneinrichtung gekoppelt
ist, und wobei sowohl die metallische Wärmesenke als auch
eine elektrisch leitende Schicht der Montageplatine mit einem Massebezugspotenzial
der Betriebsschaltung verbunden sind.
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Das
aus elektrische isolierendem Material, vorzugsweise Kunststoff,
bestehende Gehäuse der erfindungsgemäßen
Beleuchtungseinheit ist kostengünstiger als das Aluminiumdruckgussgehäuse
gemäß dem Stand der Technik, da es geringere Materialkosten
verursacht und mittels Spritzgusstechnik die elektrischen Anschlüsse
unmittelbar im elektrisch isolierenden Gehäusematerial
eingebettet werden können. Außerdem ermöglicht
die in einer Aufnahme des Gehäuses angeordnete metallische
Wärmesenke eine Kühlung der Leuchtdiodeneinrichtung.
Mit Hilfe einer elektrisch leitenden Schicht der Montageplatine,
die an ein Massebezugspotenzial der Betriebsschaltung angeschlossen
ist, und mittels der ebenfalls an das Massebezugspotential angeschlossenen
metallischen Wärmesenke wird eine elektromagnetische Abschirmung
der Komponenten der Betriebsschaltung ermöglicht, so dass
die erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit eine
gute elektromagnetische Verträglichkeit besitzt.
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Vorteilhafterweise
ist die metallische Wärmesenke mittels mindestens eines
Federkontakts mit dem Massebezugspotenzial der Betriebsschaltung elektrisch
leitend verbunden. Dadurch kann auf einfache Weise eine Kontaktierung
zwischen der metallischen Wärmesenke und dem Massebezugspotenzial
hergestellt werden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck in der metallischen
Wärmesenke eine Aussparung für eine Metallfeder
vorgesehen sein, die mit Klemmsitz zwischen der metallischen Wärmesenke und
einem auf Massebezugspotenzial liegenden elektrischen Kontakt der
Betriebsschaltung angeordnet ist.
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Vorzugsweise
liegt der Federkontakt an der metallischen Wärmesenke und
an einer elektrischen Kontaktfläche an, die mit der elektrisch
leitenden Schicht der Montageplatine elektrisch verbunden ist, um
die metallische Wärmesenke über die elektrisch leitende
Schicht der Montageplatine mit dem Massebezugspotenzial der Betriebsschaltung
zu verbinden.
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Die
elektrisch leitende Schicht der Montageplatine erstreckt sich in
vorteilhafter Weise über die gesamte Ausdehnung der Montageplatine.
Dadurch kann die Montagepla tine als Deckel, Boden oder Seitenwand
eines elektromagnetisch abgeschirmten Raumes dienen.
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Vorteilhafterweise
ist die auf Massebezugspotenzial liegende, elektrisch leitfähige
Schicht der Montageplatine als eine innere Schicht der Montageplatine
ausgebildet, um sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite
der Montageplatine mit Bauteilen der Betriebsschaltung bestücken
und Leiterbahnen zwischen diesen Bauteilen versehen zu können.
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Vorzugsweise
bilden die Montageplatine und die metallische Wärmesenke
einen Zwischenraum, in dem elektrische Komponenten der Betriebsschaltung
angeordnet sind. Dadurch können hochfrequente Störsignale,
die von den vorgenannten elektrischen Komponenten der Betriebsschaltung
erzeugt werden, mit Hilfe der metallischen Wärmesenke und der
auf Massebezugspotenzial liegenden elektrisch leitfähigen
Schicht der Montageplatine abgeschirmt werden. Um die elektromagnetische
Abschirmung weiter zu verbessern, können die metallische
Wärmesenke und die Montageplatine sowie metallisierte Wandabschnitte,
die ebenfalls wie die metallische Wärmesenke und die elektrisch
leitfähige Schicht der Montageplatte auf Massebezugspotenzial
der Betriebsschaltung liegen, einen Innenraum bilden, in dem hochfrequente
Störungen verursachende elektrische Komponenten der Betriebsschaltung
angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise
weist die Betriebsschaltung für die Leuchtdiodeneinrichtung
an ihrem Spannungseingang ein Filter auf, um hochfrequenten Störsignale,
die über die elektrischen Leitungen und Anschlüsse
nach außen zu übertragen werden, zu dämpfen.
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Die
erfindungsgemäße Beleuchtungseinheit kann vorteilhaft
in einem Fahrzeugscheinwerfer, beispielsweise als Nebellicht oder
Tagfahrlicht oder auch als Abblendlicht oder Fernlicht verwendet
werden. Die Primäroptik der Beleuchtungseinheit kann an
die vorgenannten Applikationen entsprechend angepasst werden. Es
ist ferner auch möglich, die erfindungsgemäße
Beleuchtungseinheit für einen Fahrtrichtungsanzeiger oder
als Heckleuchte im Fahrzeug zu verwenden. Zu diesem Zweck kann als
Primäroptik beispielsweise eine lichtdurchlässige
orangefarbene oder rote Abdeckung verwendet werden.
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III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine
Abbildung aller Komponenten der Beleuchtungseinheit gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer auseinander
gezogenen Darstellung der Beleuchtungseinheit
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2 Eine
Seitenansicht des Gehäuses der in 1 abgebildeten
Beleuchtungseinheit
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3 Eine
Vorderansicht des in 2 abgebildeten Gehäuses
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4 Eine
Rückansicht des in den 2 und 3 abgebildeten
Gehäuses
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5 Eine
Seitenansicht der metallischen Wärmesenke der in 1 dargestellten
Beleuchtungseinheit
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6 Eine
Vorderansicht der in 5 abgebildeten metallischen
Wärmesenke
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7 Eine
perspektivische Darstellung der in den 5 und 6 abgebildeten
metallischen Wärmesenke
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8 Eine
Seitenansicht der Primäroptik der in 1 dargestellten
Beleuchtungseinheit
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9 Eine
perspektivische Darstellung der in 1 abgebildeten
Beleuchtungseinheit im montierten Zustand aller ihrer Komponenten
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10 Eine
perspektivische Darstellung einer Beleuchtungseinheit gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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11 Eine
Seitenansicht der Wärmesenke und der Montageplatine der
in 1 abgebildeten Beleuchtungseinheit in schematischer,
teilweise geschnittener Darstellung
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Die
Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung besitzt ein als Kunststoffspritzgussteil ausgebildetes
Gehäuse 200, eine metallische Wärmesenke 100 aus
Aluminium, einen Dichtring 300 aus Gummi oder Silikon,
eine Montageplatine 400 mit darauf angeordneten elektrischen
Komponenten (nicht abgebildet) und Leiterbahnen (nicht abgebildet)
sowie Kontaktflächen (nicht abgebildet), eine Leuchtdiodeneinrichtung 500 und eine
Primäroptik 600. Die 1 zeigt
eine auseinander gezogene Darstellung der Beleuchtungseinheit mit
ihren einzelnen Komponenten. Im Folgenden werden die vorgenannten
Komponenten dieser Beleuchtungseinheit und ihr Zusammenwirken näher beschrieben.
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In
den 2 bis 4 sind Details des Gehäuses 200 dargestellt.
Das Gehäuse 200 ist einteilig und als Kunststoffspritzgussteil
ausgebildet. Es besitzt einen hohlzylindrischen Gehäuseabschnitt 210 und
einen als Stecker ausgebildeten Gehäuseabschnitt 230.
Der hohlzylindrische Gehäuseabschnitt 210 weist
eine kreiszylindrische Seitenwand 211 und einen Boden 212 auf.
Der hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 besitzt
einen Außendurchmesser von 50 Millimeter. Die kreiszylindrische
Seitenwand 211 ist mit drei äquidistant entlang
ihrer äußeren Mantelfläche und auf gleicher
Höhe über dem Boden 212 angeordneten
Erhebungen 213a, 213b, 213c versehen,
die von der Mantelfläche nach außen vorstehen
und die als Justagemittel zur Ausrichtung der Beleuchtungseinheit
im Fahrzeugscheinwerfer dienen. Insbesondere definieren diese drei
Erhebungen 213a, 213b, 213c einen Referenzaußendurchmesser des
hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 für
die Ausrichtung der Beleuchtungseinheit im Fahrzeugscheinwerfer.
Durch die Erhebungen 213a, 213b, 213c wird
die Wandstärke der kreiszylindrischen Seitenwand 211 in
diesem Bereich erhöht und die Seitenwand 211 versteift.
Die Oberkante 214 des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 ist
mit drei äquidistant entlang des Umfangs des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 angeordneten Stegen 214a, 214b, 214c versehen.
Diese drei Stege 214a, 214b, 214c bilden
koaxi al angeordnete Ringsegmente, die an die Oberkante 214 der
kreiszylindrischen Seitenwand 211 angeformt sind und sich
in Richtung der Zylinderachse der kreiszylindrischen Seitenwand 211 erstrecken.
Die Breite dieser Stege 214a, 214b, 214c,
das heißt, ihre Erstreckung in Umfangsrichtung der kreiszylindrischen
Seitenwand 211, entspricht der Breite bzw. Erstreckung
der Erhebungen 213a, 213b, 213c entlang
der äußeren Mantelfläche der kreiszylindrischen
Seitenwand 211. Die Stege 214a, 214b, 214c sind
entlang des Umfangs der kreiszylindrischen Seitenwand 211 an
denselben Stellen wie die Erhebungen 213a, 213b, 213c angeordnet.
Die oberen Kanten der drei Stege 214a, 214b, 214c definieren
eine Ebene, die senkrecht zur Zylinderachse des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 verläuft und als
Referenzebene zur Ausrichtung der Leuchtdiodeneinrichtung 500 dient.
Der als Stecker ausgebildete Gehäuseabschnitt 230 ist
außermittig an den Boden 212 des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 an der Rückseite
angeformt. Der Boden 212 weist einen kreisscheibenförmigen,
koaxial zur Zylinderachse des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 angeordneten
Durchbruch 215 auf, durch den ein säulenartiger
Abschnitt 110 der metallischen Wärmesenke 100 hindurchragt.
Der Boden 212 ist an der Innenseite des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 mit drei Zapfen 216a, 216b, 216c ausgestattet,
die äquidistant entlang des Randes kreisscheibenförmigen
Durchbruchs 215 angeordnet sind und sich parallel zur Richtung
der Zylinderachse des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 erstrecken.
Diese Zapfen 216a, 216b, 216c liegen
an einem kreiszylindrischen Teilabschnitt 111 des säulenartigen
Abschnitts 110 der metallischen Wärmesenke 100 an
und dienen zur Ausrichtung der metallischen Wärmesenke 100 in
dem Kunststoffgehäuse 200. Insbesondere gewährleisten
die Zapfen 216a, 216b, 216c einen spielfreien
Sitz der metallischen Wärmesenke 100 in dem Gehäuse 200 und verhindern
Bewegungen der metallischen Wärmesenke 100 in
allen Richtungen senkrecht zur Zylinderachse des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210. Der Boden 212 ist
an der Innenseite mit drei weiteren Zapfen 217 versehen,
die sich ebenfalls parallel zur Zylinderachse des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 erstrecken und zur Fixierung
der Montageplatine 400 dienen. Insbesondere ragen die verjüngten
Enden dieser Zapfen 217 durch Durchbrüche 401 in
der Montageplatine 400 hindurch und werden an der Oberseite,
das heißt, an der vom Boden 212 abgewandten Seite
der Montageplatine 400 heiß verstemmt. Die kreiszylindrische
Seitenwand 211 besitzt an ihrer Innenseite einen ringförmigen
Kragen 218, auf dem der Dichtungsring 300 aufliegt.
Der Boden 212 ist außerdem mit zwei hohlen Stegen 219, 220 ausgestattet,
die sich parallel zur Zylinderachse des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 erstrecken und
diametral am Rand des kreisscheibenförmigen Durchbruch 215 angeordnet
sind. Diese Stege 219, 220 weisen dienen zur Fixierung
der Primäroptik 600. In dem Hohlraum der Stege 219, 220 sind
Vorsprünge 229a, 229b angebracht, hinter
denen die Halterung 610, 620 der Primäroptik 600 einrastet.
Aus dem Boden 212 ragen mehrere Metallstifte 221,
die mit im Stecker 230 eingebetteten elektrischen Anschlüssen der
Beleuchtungseinheit elektrisch leitend verbunden sind und die durch
Durchbrüche 402 in der Montageplatine 400 hindurchragen
und mit Leiterbahnen oder Kontaktflächen auf der Montageplatine 400 verlötet oder
verschweißt oder mittels Pressfit oder Einpresszone kontaktiert
sind. Die elektrischen Anschlüsse sind ferner mit metallischen
Kontaktstiften 222 verbunden, die aus dem Kunststoffmaterial
des Steckers 230 herausragen und an der Rückseite
der Beleuchtungseinheit bzw. des als Stecker ausgebildeten Gehäuseabschnitts 230 zugänglich
sind. Der Boden 212 besitzt an der Außenseite
bzw. Rückseite des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 eine
passgerechte Aussparung 223 für einen scheibenförmigen
Abschnitt 120 der metallischen Wärmesenke 100.
Diese Aussparung 223 wird von einem kreisbogenförmigen Wandabschnitt 224 und
einem geradlinig verlaufenden Wandabschnitt 225 begrenzt.
Mittels dieser nicht-rotationssymmetrischen Geometrie der Aussparung 223 und
des scheibenförmigen Abschnitts 120 der metallischen
Wärmesenke 100 wird eine Verdrehsicherung verwirklicht,
die Rotationen der metallischen Wärmesenke 100 um
die Achse ihres zylindrischen Teilabschnitts 111 in dem
Durchbruch 215 im Boden 212 des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 verhindert. Im Boden 212 befinden
sich an der Rückseite bzw. Außenseite des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 drei
ringförmig und äquidistant angeordnete Muttern 226,
die derart im Kunststoffmaterial des Gehäuseabschnitts 210 eingebettet und
verankert sind, dass ihr Schraubgewinde zum Anschrauben eines externen
Kühlsystems zugänglich ist. An der Rückseite
des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 ist
ferner ein Druckausgleichsloch 227 angebracht, das insbesondere
bei geschlossenen Systemen einen Druckausgleich im Fahrzeugscheinwerfer
ermöglicht. Dieses Druckausgleichsloch 227 ist
optional und kann mittels einer Druckausgleichsmembran (nicht abgebil det)
abgedeckt werden. Von der Außenseite der kreiszylindrischen
Seitenwand 211 stehen zwei Referenznasen 228 ab,
die als Referenz für die Ausrichtung der Beleuchtungseinheit
im Fahrzeugscheinwerfer dienen. Insbesondere definieren diese Referenznasen 228 eine
eindeutige Einbaulage der Beleuchtungseinheit im Fahrzeugscheinwerfer.
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Details
der metallischen Wärmesenke 100 sind in den 5 bis 7 abgebildet.
Sie ist einteilig ausgebildet und besteht aus Aluminium. Die metallische
Wärmesenke 100 besteht aus einem säulenartigen
Abschnitt 110 und einem scheibenförmigen Abschnitt 120,
der an einem Ende des säulenartigen Abschnitts 110 angeformt
ist. Die von dem säulenartigen Abschnitt 110 abgewandte
Rückseite 120a des scheibenartigen Abschnitts 120 der
metallischen Wärmesenke 100 dient als Auflagefläche
für ein externes Kühlsystem. Der säulenartige
Abschnitt 110 weist einen kreiszylindrischen Teilabschnitt 111 auf, der
unmittelbar an den scheibenförmigen Abschnitt 120 grenzt.
Der Rand des scheibenförmigen Abschnitts 120 wird
von einem kreisbogenförmigen Randabschnitt 121 und
einem geradlinig verlaufenden Randabschnitt 122 gebildet.
Der geradlinig verlaufende Randabschnitt 122 der Wärmesenke 100 liegt
an dem geradlinig verlaufenden Wandabschnitt 225 in der
Aussparung 223 an und der kreisbogenförmige Randabschnitt 121 der
Wärmesenke 100 liegt an dem kreisbogenförmigen
Wandabschnitt der Aussparung 223 an. Der säulenartige
Abschnitt 110 der Wärmesenke 100 ragt
durch den Durchbruch 215 im Boden 212 des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 und der kreiszylindrische
Teilabschnitt 111 liegt spielfrei an den Zapfen 216a, 216b, 216c an.
Der säulen artige Abschnitt 110 weist an seinem
Ende eine parallel zum scheibenförmigen Abschnitt 120 verlaufende,
ebene Montagefläche 112 auf, die durch zwei parallel
zueinander verlaufende Seitenkanten 113, 114 begrenzt
wird. Auf dieser Montagefläche 112 wird die Leuchtdiodeneinrichtung 500 mittels
eines Bestückungsautomaten in wohl definierter Ausrichtung
und Abstand zu den Seitenkanten 113, 114 aufgeklebt.
Zu beiden Seiten der Montagefläche 112 befinden
sich jeweils eine parallel zur Montagfläche 112 verlaufend
Oberfläche 115, 116, die in geringerer Höhe über
dem scheibenförmigen Abschnitt 120 angeordnet
sind und jeweils mit einer Vertiefung 117, 118 versehen
sind. Der säulenartige Abschnitt 110 der Wärmesenke 100 ragt
durch einen Durchbruch 403 in der Montageplatine 400 hindurch,
so dass die Montagefläche 112 in der von den oberen
Kanten der Stege 214a, 214b, 214c definierten
Ebene liegt und die metallische Wärmesenke 100 wird
in dieser Höhenlage mittels Kleber an dem Gehäuse 200 fixiert. In
der als Langloch ausgebildeten Vertiefung 118 ist ein Temperatursensor
angeordnet und mittels wärmeleitfähiger Paste
fixiert. Der Temperatursensor überwacht die Temperatur
der Leuchtdiodeneinrichtung 500 während des Betriebs
der Beleuchtungseinrichtung. In der anderen Vertiefung 117 ist
eine Metallfeder angeordnet, die mit Federwirkung gegen einen auf
Massebezugspotential liegenden elektrischen Kontakt auf der Montageplatine 400 drückt. Dadurch
ist die metallische Wärmesenke 100 mit dem Massebezugspotenzial
verbunden und wird zum Bestandteil einer elektromagnetischen Abschirmung
der Treiberschaltungen für die Leuchtdiodeneinrichtung.
Die elektromagnetische Verträglichkeit der Beleuchtungseinheit
wird damit verbessert.
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Der
Dichtungsring 300 besteht aus Gummi oder Silikon und liegt
auf dem Kragen 218 an der Innenseite der kreiszylindrischen
Seitenwand 211 auf. Auf dem Dichtungsring 300 liegt
die Montageplatine 400 auf, welche die elektrischen Komponenten
der Treiberschaltung zum Betreiben der Leuchtdiodeneinrichtung trägt.
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Die
Montageplatine 400 ist kreisscheibenförmig ausgebildet
und besitzt einen zentralen Durchbruch 403, durch den der
säulenartige Abschnitt 110 der metallischen Wärmesenke 100 mit
der darauf fixierten Leuchtdiodeneinrichtung 500 hindurchragt. Die
Montageplatine 400, der Dichtungsring 300, die kreiszylindrische
Seitenwand 211 und der Boden 212 des hohlzylindrischen
Gehäuseabschnitts 210 bilden einen Innenraum.
Auf der dem Innenraum zugewandten Rückseite 420 der
Montageplatine 400 sind elektrische Komponenten (nicht
abgebildet) einer Betriebsschaltung zum Betreiben der Leuchtdiodenanordnung 500 angeordnet
und gegebenenfalls durch Leiterbahnen, die ebenfalls auf der Montageplatine angeordnet
sind, miteinander verbunden. Auf der Vorderseite 430 der
Montageplatine 400 sind Leiterbahnen (nicht abgebildet)
und elektrische Kontaktflächen (nicht abgebildet) zum Kontaktieren
der Leuchtdiodeneinrichtung 500 sowie gegebenenfalls weitere Komponenten
der Betriebsschaltung angeordnet, die während ihres Betriebs
keine hochfrequenten Störsignale verursachen können.
Die Montageplatine 400 ist vorzugsweise mehrlagig ausgebildet
und besitzt zusätzlich zu den Leiterbahnen auf der Vorderseite und
Rückseite eine innere Metallschicht 410, die im elektrisch
isolierenden Material der Montageplatine 400 eingebettet
und mit dem Massebezugspo tential der Betriebsschaltung für
die Leuchtdiodeneinrichtung 500 verbunden ist, um die elektromagnetische Verträglichkeit
der Beleuchtungseinheit zu erhöhen. Die vorgenannte innere,
auf Massebezugspotential liegende Metallschicht 410 trägt
zusammen mit der ebenfalls auf Massebezugspotential liegenden metallischen
Wärmesenke 100 zur elektromagnetischen Abschirmung
der auf der Rückseite 420 der Montageplatine 400 angeordneten
elektrischen Komponenten der Betriebsschaltung für die
Leuchtdiodeneinrichtung 500 bei. Die auf Massebezugspotenzial
liegende innere Metallschicht 410 der Montageplatine 400 ist
zur Vorderseite 430 und Rückseite 420 der Montageplatine 400 durchkontaktiert.
Insbesondere ist die innere Metallschicht 410 zur elektrischen
Kontaktfläche 411 auf der Rückseite 420 der
Montageplatine 400 durchkontaktiert, an der die in der
Vertiefung 219 der metallischen Wärmesenke 100 angeordnete Metallfeder 450 mit
Klemmsitz und Federwirkung anliegt. Die Metallfeder 450 besteht
aus einem Draht, der schraubenlinienartig gewunden ist. Beispielsweise
besteht die elektrisch leitende Metallfeder 450 aus Federstahl
oder Kupfer. Mit Hilfe der Metallfeder 450 ist die metallische
Wärmesenke 100 über die Kontaktfläche 411 und
die innere Metallschicht 410 der Montageplatine 400 mit
dem Massebezugspotenzial der Betriebsschaltung elektrisch leitend
verbunden.
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Die
auf der Rückseite 420 der Montageplatine 400 montierten
Komponenten (nicht abgebildet) der Betriebsschaltung sind in dem
Zwischenraum zwischen dem scheibenförmigen Abschnitt 120 der metallischen
Wärmesenke 100 und der Montageplatine 400 angeordnet.
Dadurch bilden die innere Metallschicht 410 der Montageplatine 400 und
die metallische Wärmesenke 400 eine elektromagnetische Abschirmung
für die auf der Rückseite 420 der Montageplatine 400 montierten
Komponenten der Betriebsschaltung. Messungen haben gezeigt, dass durch
diese elektromagnetische Abschirmung die Störsignale, die
von diesen Komponenten der Betriebsschaltung im Frequenzbereich
von 0,15 MHz bis ca. 100 MHz verursacht werden, um mehr als 20 Dezibel
geschwächt werden können. Eine weitere Verbesserung
der elektromagnetischen Abschirmung kann durch eine Metallisierung
der Innenseite der kreiszylindrischen Seitenwand 211 des
hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 erreicht
werden, die ebenfalls an das Massebezugspotenzial der Betriebsschaltung
angeschlossen wird. In diesem Fall bilden die Montageplatine 400 mit
ihrer inneren Metallschicht 410, der scheibenartigen Abschnitt 120 der
Wärmesenke 100 und die metallisierte Seitenwand 211 einen
elektromagnetisch abgeschirmten Innenraum für die auf der
Rückseite 420 der Montageplatine montierten Komponenten
Betriebsschaltung. Um keine hochfrequenten elektromagnetischen Störsignale über
die elektrischen Leitungen und Anschlüsse der Beleuchtungseinheit
nach außen zu leiten, weist die Betriebsschaltung an ihrem
Spannungseingang ein Filter für hochfrequente Signale auf,
beispielsweise ein Tiefpassfilter oder ein Bandpassfilter, um Störsignale
mit Frequenzen größer 0,15 MHz zu dämpfen.
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Die
Montageplatine 400 ist mit drei Bohrungen 401 versehen,
die ringsum den zentralen Durchbruch 403 angeordnet sind.
Nach ihrer Montage sitzt die Montageplatine 400 auf den
Zapfen 217 auf, so dass deren verjüngte Enden
durch die Durchbrüche 401 hindurchragen. Durch
Heißverstemmen der verjüngten Enden der Zapfen 217 wird
die Montageplatine 400 am Gehäuse 200 fixiert.
Die Montageplatine 400 besitzt außerdem vier weitere
Bohrungen 402, die an ihrem Rand, oberhalb des als Stecker
ausgebildeten Gehäuseabschnitts 230 angeordnet
sind und durch die die Metallstifte 221 hindurchragen,
um eine elektrisch leitende Verbindung zu Kontaktflächen
auf der Vorderseite der Montageplatine 400 zu ermöglichen.
Der zentrale Durchbruch 403 in der Montageplatine 400 ist
so gestaltet, dass auch Halterungen 610, 620 der
Primäroptik 600 durch den Durchbruch 403 hindurchragen
und in die hohlen Stege 219, 220 eingreifen können.
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Die
Leuchtdiodeneinrichtung 500 besteht aus fünf Leuchtdiodenchips,
die auf einer Trägerplatte in einer Reihe angeordnet und
von den Wänden eines Rahmens umgeben sind. Diese Leuchtdiodenchips
sind mit einer Leuchtstoffbeschichtung (Chip-Layer-Coating) versehen,
die das von den Leuchtdiodenchips generierte blaue Licht teilweise
in Licht anderer Wellenlängen konvertiert, so dass die Beleuchtungseinheit
während ihres Betriebs weiß erscheinendes Licht
emittiert. Bei den Leuchtdiodenchips handelt es sich um beispielsweise
um Dünnfilm-Leuchtdiodenchips, deren Grundprinzip beispielsweise
in der Druckschrift I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett.
63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 beschrieben
ist. Die Leuchtdiodeneinrichtung 500 ist mittels eines
Bestückungsautomaten parallel zu den Seitenkanten 113, 114 ausgerichtet
und mittig auf der Stirnfläche 112 des säulenartigen
Abschnitts 110 der metallischen Wärmesenke 100 mit
gleichem Abstand zu den Rändern der als Montagefläche
dienenden Stirnfläche 112 aufgeklebt. Die Leuchtdiodeneinrichtung 500 ist
elektrisch leitend mit elektrischen Kontakten auf der Montageplatine 400 verbunden
und wird mit Hilfe der Betriebsschaltung, deren Komponenten auf
der Montageplatine 400 angeordnet sind, betrieben. Die
Betriebsschaltung versorgt die Leuchtdiodenchips der Leuchtdiodeneinrichtung 500 mit Strom
und ermöglicht mit Hilfe des bereits oben erwähnten
Temperatursensors eine Regelung der elektrischen Leistungsaufnahme
der Leuchtdiodeneinrichtung 500 in Abhängigkeit
von der Temperatur der Leuchtdiodeneinrichtung 500. Im
Fall einer drohenden Überhitzung der Leuchtdiodeneinrichtung 500 kann
beispielsweise der von der Betriebsschaltung bereitgestellte Strom
für die Leuchtdiodeneinrichtung 500 reduziert
werden. Der Temperatursensor kann zu diesem Zweck beispielsweise
als temperaturabhängiger Widerstand, insbesondere als NTC-Widerstand
mit negativer Temperaturcharakteristik, ausgebildet sein.
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Bei
der Primäroptik 600 handelt es sich um eine durchsichtige,
kuppelartige Abdeckung der Leuchtdiodeneinrichtung 500 aus
Kunststoff oder Glas. Die Primäroptik 600 weist
zwei hakenförmige Halterungen 610, 620 auf,
die in die hohlen Stege 219, 220 eingeführt
werden und deren Haken 611, 621 dort hinter den
Vorsprüngen 229a, 229b einrasten. Der
Steg 220 ist mit einem Langloch versehen, das einen ovalen
Querschnitt besitzt, während der Steg 219 einen
Hohlraum mit kreisförmigem Rand besitzt. Dadurch kann auch
für die Primäroptik 600 eine eindeutige
Orientierung vorgegeben werden. Das ist von Bedeutung, wenn die
durchsichtige kuppelartige Abdeckung 600 durch eine Primäroptik
mit Licht lenkenden Eigenschaften ersetzt wird. Allerdings kann
die kuppelartige Abdeckung 600 auch entfallen oder durch
eine Primäroptik mit Abbildungseigenschaften oder Lichtleitereigenschaften
ersetzt werden, die das Licht von der Leuchtdiodeneinrichtung in
vorgegebene Raumrichtungen lenkt oder bündelt.
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In 9 ist
die Beleuchtungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung im montierten Zustand aller ihrer Einzelteile dargestellt.
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10 zeigt
eine Beleuchtungseinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Diese Beleuchtungseinheit unterscheidet sich von
der Beleuchtungseinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
nur dadurch, dass die Beleuchtungseinheit gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel drei Befestigungsvorrichtungen 241, 242, 243 besitzt,
die am Gehäuse 200 der Beleuchtungseinheit gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung angeformt sind.
In allen anderen Details stimmen die Beleuchtungseinheiten gemäß dem
ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung überein.
Aus diesem Grund tragen in 10 identische Bauteile
dieselben Bezugszeichen wie die entsprechenden Bauteile des ersten
Ausführungsbeispiels, das in den 1 bis 9 abgebildet
ist. Die drei Haltevorrichtungen 241, 242, 243 sind
mit Bohrungen versehene Laschen, die äquidistant entlang
des Außenumfangs des hohlzylindrischen Gehäuseabschnitts 210 des
Kunststoffgehäuses 200 angeordnet sind. Die mit
Bohrungen versehenen Laschen 241, 242, 243 liegen
in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Zylinderachse des hohlzylindri schen
Gehäuseabschnitts 210 und ermöglichen
eine Befestigung der Beleuchtungseinrichtung mit Hilfe von Schrauben
im Fahrzeugscheinwerfer.
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Die
Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher
erläuterten Ausführungsbeispiele. Insbesondere
kann die Kontaktierung der metallischen Wärmesenke mit
dem Massebezugspotenzial der Betriebsschaltung auch auf andere Weise
herbeigeführt werden als mit der oben beschriebenen Metallfeder.
Anstelle der schraubenlinienartigen Feder 450 kann beispielsweise
eine Blattfeder oder auch eine anders geformte elektrisch leitende
Feder verwendet werden. Insbesondere kann die Feder beispielsweise auch
mit der Kontaktfläche 411 auf der Montageplatine 400 verlötet
oder verschweißt sein und federnd an der metallischen Wärmesenke 100 anliegen.
Die Masseanbindung kann ferner auch über mehrere Federkontakte
erfolgen.
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Außerdem
können auch die Zapfen 217 zur Fixierung der Montageplatine 400 an
dem Gehäuse 200 elektrisch leitend ausgebildet
sein, beispielsweise mittels einer Metallisierung, um eine elektrisch
leitende Verbindung zwischen der metallischen Wärmesenke 100 und
der inneren Metallschicht 410 der Montageplatine 400 und
damit eine Masseanbindung der Wärmesenke 100 herzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/065030
A1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - I. Schnitzer
et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 [0033]