DE102015201152A1

DE102015201152A1 - Kühlkörper für eine Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102015201152A1
Application number: DE102015201152.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Helbig
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-28
Also published as: US9716215B2; US20160218265A1; CN105823027B; CN105823027A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper (1) für eine Beleuchtungsvorrichtung (3), wobei der Kühlkörper (1) mindestens einen aus wärmeleitendem Kunststoff bestehenden Kühlkörperabschnitt (11) besitzt, in dessen Kunststoffmaterial mindestens ein metallischer Kühlkörperabschnitt (12) zumindest teilweise eingebettet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kühlkörper für eine Beleuchtungseinrichtung und ein Herstellungsverfahren für einen derartigen Kühlkörper. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kühlkörper für eine Beleuchtungseinrichtung, die mindestens eine Halbleiterlichtquelle besitzt.
Stand der Technik
Die WO 2013/079302 A1 offenbart eine Beleuchtungseinrichtung für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer, die Halbleiterlichtquellen und einen Kühlkörper zur Kühlung der Halbleiterlichtquellen aufweist.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kühlkörper für eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, der eine einfache Konstruktion besitzt und auf einfache Weise herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkörper mit den Merkmalen aus dem Anspruch 1 beziehungsweise durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen aus dem Anspruch 9 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Der erfindungsgemäße Kühlkörper weist mindestens einen aus wärmeleitendem Kunststoff bestehenden Kühlkörperabschnitt auf, in dessen Kunststoffmaterial mindestens ein metallischer Kühlkörperabschnitt zumindest teilweise eingebettet ist.
Aufgrund seiner vorgenannten Merkmale besitzt der erfindungsgemäße Kühlkörper eine einfache Konstruktion. Insbesondere sind zur Fixierung von metallischem Kühlkörperabschnitt und aus wärmeleitendem Kunststoff bestehenden Kühlkörperabschnitt keine zusätzlichen Befestigungsmittel erforderlich. Der mindestens eine, aus wärmeleitendem Kunststoff bestehende Kühlkörperabschnitt ermöglicht zusammen mit dem mindestens einen metallischen Kühlkörperabschnitt eine optimale Kühlung der Lichtquellen und elektronischen Komponenten einer Beleuchtungseinrichtung.
Vorzugweise ist der mindestens eine aus wärmeleitendem Kunststoff bestehende Kühlkörperabschnitt als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet. Dadurch kann der erfindungsgemäße Kühlkörper auf einfache Weise hergestellt werden.
Vorteilhafterweise ist der mindestens eine, aus wärmeleitendem Kunststoff bestehende Kühlkörperabschnitt elektrisch isolierend ausgebildet, um ihn zusätzlich als Träger für elektrische Kontakte oder zur Isolierung von elektrischen Stromzuführungen nutzen zu können. Vorzugsweise werden aus diesem Grund wärmeleitende Kunststoffe verwendet, die zusätzlich auch elektrisch isolierend sind und besonders bevorzugt auch für Kunststoffspritzgussverfahren tauglich sind.
Vorzugsweise enthält der mindestens eine, aus wärmeleitendem Kunststoff bestehende Kühlkörperabschnitt daher mindestens einen Kunststoff aus der Gruppe von Polyamide (PA), Polybutylenteraphthalat (PBT) und Polyphenylensulfid (PPS).
Der mindestens eine metallische Kühlkörperabschnitt bildet vorzugsweise Kühlrippen aus, um eine gute Wärmeabgabe an die Umgebung zu ermöglichen.
Vorteilhafterweise ist ein Kühlkörperabschnitt des erfindungsgemäßen Kühlkörpers als Sockel ausgebildet, der mit Stromzuführungen oder elektrischen Kontakten versehen ist. Dadurch kann die Wärme zusätzlich auch über den Sockel und eine Fassung, in welcher der Sockel angeordnet ist, abgeführt werden.
Der erfindungsgemäße Kühlkörper ist vorzugsweise als Bestandteil einer Beleuchtungseinrichtung ausgebildet, um die von den Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung und von einer etwaigen Betriebselektronik für die Lichtquellen erzeugte Wärme über den Kühlkörper anführen zu können.
Die mit dem erfindungsgemäßen Kühlkörper versehene, erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung weist vorzugsweise mindestens eine Halbleiterlichtquelle, beispielsweise Leuchtdiode, und einen Sockel auf, der mit einem standardisierten Glühlampensockel kompatibel ist und mit elektrischen Kontakten oder Stromzuführungen zur Energieversorgung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle versehen ist, wobei der Sockel von einem aus wärmeleitendem Kunststoff bestehenden Kühlkörperabschnitt, in dessen Kunststoffmaterial ein metallischer Kühlkörperabschnitt des Kühlkörpers zumindest teilweise eingebettet ist, gebildet ist. Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung ist daher als sogenanntes LED-Retrofit ausgebildet, deren Sockel zusätzlich eine Kühlfunktion übernimmt.
Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kühlkörpers weist erfindungsgemäß einen Verfahrensschritt auf, während dem mindestens ein metallischer Körper in eine Spritzgussform eingelegt und mit wärmeleitendem Kunststoff umspritzt wird, so dass der mindestens eine metallische Körper zumindest teilweise im Kunststoffmaterial eingebettet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Kühlkörper gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 einen Längsschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung, die mit dem in 1 abgebildeten Kühlkörper ausgestattet ist
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist ein Längsschnitt durch den Kühlkörper gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dieser Kühlkörper 1 besitzt einen ersten, aus wärmeleitendem und elektrisch isolierendem Kunststoff bestehenden Kühlkörperabschnitt 11, der als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist und beispielsweise aus Polyamide (PA), Polybutylenteraphthalat (PBT) oder aus Polyphenylensulfid (PPS) besteht, und einen zweiten, metallischen Kühlkörperabschnitt 12, der von vier kreisscheibenförmigen Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 gebildet wird.
Der erste Kühlkörperabschnitt 11 besitzt einen zylindrischen Teilabschnitt 110 und einen keilförmigen Teilabschnitt 111, der als Sockel und insbesondere als sogenannter S8-Wedge-Sockel bzw. Sockel der IEC Kategorie W2.5x16 ausgebildet ist.
Die vier kreisscheibenförmigen Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 sind mit Abstand zueinander und koaxial mit der Zylinderachse A-A des zylindrischen Teilabschnitts 110 angeordnet und im Kunststoffmaterial des ersten Kühlkörperabschnitts 11 partiell eingebettet, so dass ihre kreisförmigen Außenkanten aus dem Kunststoffmaterial des ersten Kühlkörperabschnitts 11 herausragen und die Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 Kühlrippen bilden, die von der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Teilabschnitts 110 abstehen.
In dem Kunststoffmaterial des ersten Kühlkörperabschnitts 11 sind außerdem vier, parallel zur Zylinderachse A-A des zylindrischen Teilabschnitts 110 des ersten Kühlkörperabschnitts 11 verlaufende Stromzuführungsdrähte 2 eingebettet, so dass jeweils ein erstes Ende 21 dieser Stromzuführungsdrähte 2 aus dem zylindrischen Teilabschnitt 110 und das zweite Ende 22 jeweils aus dem keilförmigen Teilabschnitt 111 des ersten Kühlkörperabschnitts 11 herausragt. Die vier Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 besitzen Durchbrüche für die vier Stromzuführungsdrähte 2.
Die Stromzuführungsdrähte 2 sind in den Durchbrüchen mit Abstand zu den Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 angeordnet und der Zwischenraum zwischen den Stromzuführungsdrähten 2 und den Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 ist mit Kunststoffmaterial des ersten Kühlkörperabschnitts 11 gefüllt, so dass eine elektrische Isolierung zwischen den Stromzuführungsdrähten 2 und den Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 gewährleistet ist.
Der oben beschriebene und in 1 schematisch dargestellte Kühlkörper 1 ist Bestandteil der in 2 ebenfalls schematisch dargestellten Beleuchtungseinrichtung.
Zur Herstellung des Kühlkörpers 1 werden die vier Stromzuführungsdrähte 2 und die vier Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 in eine Spritzgussform gelegt und nach dem Verschließen der Spritzgussform mit wärmeleitendem Kunststoff umspritzt, so dass die Stromzuführungsdrähte 2 und die Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 partiell im Kunststoffmaterial eingebettet sind und das Kunststoffmaterial nach seinem Erstarren den ersten Kühlkörperabschnitt 11 bildet.
In 2 ist schematisch ein Längsschnitt durch eine Beleuchtungseinrichtung dargestellt, die einen Kühlkörper 1 gemäß dem oben beschriebenen und in 1 abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt. In den 1 und 2 sind daher identische Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Beleuchtungseinrichtung 3 ist als sogenanntes LED-Retrofit ausgebildet und besitzt zwei Leuchtdioden 4, die zusammen mit den elektronischen Komponenten 40 einer Treiberschaltung für die Leuchtdioden 4 auf einer Montageplatine 5 angeordnet sind, und einen Kühlkörper 1 sowie vier Stromzuführungen 2 zur Energieversorgung der Leuchtdioden 4 und der Komponenten 40 der Treiberschaltung. Die Montageplatine 5 ist auf einer Oberfläche an einer ersten Stirnseite 101 des Kühlkörpers 1 befestigt. In dem Kunststoffmaterial eines zylindrischen Teilabschnitts 110 eines ersten, aus wärmleitfähigem Kunststoff bestehenden Kühlkörperabschnitts 11 des Kühlkörpers 1, dessen Zylinderachse A-A einer Längsachse der Beleuchtungseinrichtung entspricht, sind vier kreisscheibenförmige Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 koaxial zur Zylinderachse A-A und mit Abstand zueinander partiell eingebettet, so dass sie aus der Mantelfläche des zylindrischen Teilabschnitts 110 herausragende und um die Mantelfläche herum laufende Kühlrippen bilden. Die vier Aluminiumscheiben 121, 122, 123, 124 bilden einen zweiten, metallischen Kühlkörperabschnitt 12 des Kühlkörpers 1.
Der erste, aus wärmeleitfähigem Kunststoff bestehende Kühlkörperabschnitt 11 ist als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet und weist einen keilförmigen Teilabschnitt 111 auf, der als Sockel, insbesondere als sogenannter S8-Wedge-Sockel bzw. Sockel der IEC Kategorie W2.5x16 ausgebildet ist. Der erste Kühlkörperabschnitt 11 besteht aus Polyamide (PA) oder Polybutylenteraphthalat (PBT) oder aus Polyphenylensulfid (PPS).
Die vier Stromzuführungsdrähte 2 verlaufen parallel zur Zylinderachse A-A des zylindrischen Teilabschnitts 110 des ersten Kühlkörperabschnitts 11 des Kühlkörpers 1 und sind teilweise im Kunststoffmaterial des ersten Kühlkörperabschnitts 11 eingebettet, so dass nur die Enden 21, 22 der Stromzuführungsdrähte 2 aus dem ersten Kühlkörperabschnitt 11 herausragen.
Die ersten Enden 21 der Stromzuführungen 2 sind jeweils mit einem elektrischen Kontakt oder einer Leiterbahn auf der Montageplatine 5 elektrisch leitend verbunden. Die zweiten Enden 22 der Stromzuführungen 2 ragen aus dem keilförmigen Teilabschnitt 111 des ersten Kühlkörperabschnitts 11 heraus und sind jeweils um einen Winkel von 180 Grad um die zweite Stirnseite 102 des Kühlkörpers 1 gebogen, so dass jeweils an zwei einander gegenüberliegenden Außenseiten des keilförmigen Teilabschnitts 111 zwei der zweiten Enden 22 der Stromzuführungen 2 anliegen.
Die erste Stirnseite 101 des Kühlkörpers 1 und die Montageplatine 5 mit den darauf montierten Leuchtdioden 4 und den Komponenten 40 der Treiberschaltung sind durch eine transparente, halbkugelförmige Haube 6 abgedeckt. Die Leuchtdioden 4 emittieren während ihres Betriebs rotes Licht. Eine erste der Leuchtdiode 4 dient zum Erzeugen eines Rücklichts und beide Leuchtdioden zusammen dienen zum Erzeugen eines Bremslichts für ein Kraftfahrzeug.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise kann der erste Kühlkörperabschnitt 11 des Kühlkörpers 1 anstelle eines keilförmigen Teilabschnitts 111 auch einen anders geformten Teilabschnitt aufweisen, der statt eines S8-Wedge-Sockels einen Bajonettsockel oder einen Schraubsockel ausbildet und zu diesem Zweck mit einer metallischen Sockelhülse oder elektrischen Sockelkontakten versehen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/079302 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEC Kategorie W2.5x16 [0019]
IEC Kategorie W2.5x16 [0027]

Claims

Kühlkörper (1) für eine Beleuchtungsvorrichtung (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) mindestens einen aus wärmeleitendem Kunststoff bestehenden Kühlkörperabschnitt (11) besitzt, in dessen Kunststoffmaterial mindestens ein metallischer Kühlkörperabschnitt (12) zumindest teilweise eingebettet ist.
Kühlkörper nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine aus wärmeleitendem Kunststoff bestehende Kühlkörperabschnitt (11) als Kunststoffspritzgussteil ausgebildet ist.
Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine aus wärmeleitendem Kunststoff bestehende Kühlkörperabschnitt (11) elektrisch isolierend ausgebildet ist.
Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der mindestens eine aus wärmleitendem Kunststoff bestehende Kühlkörperabschnitt (11) mindestens einen Kunststoff aus der Gruppe von Polyamide (PA), Polybutylenteraphthalat (PBT) und Polyphenylensulfid (PPS) enthält.
Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der mindestens eine metallische Kühlkörperabschnitt (12) Kühlrippen (121, 122, 123, 124) ausbildet.
Kühlkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Kühlkörperabschnitt (111) als Sockel ausgebildet ist, der mit Stromzuführungen (2) oder elektrischen Kontakten versehen ist.
Beleuchtungseinrichtung (3) mit einem Kühlkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Beleuchtungseinrichtung (3) mindestens eine Halbleiterlichtquelle (4) und einen Sockel (111) aufweist, der mit einem standardisierten Glühlampensockel kompatibel ist und mit elektrischen Kontakten oder Stromzuführungen (2) zur Energieversorgung der mindestens einen Halbleiterlichtquelle (4) versehen ist, wobei der Sockel (111) von einem aus wärmeleitendem Kunststoff bestehenden Kühlkörperabschnitt (11), in dessen Kunststoffmaterial ein metallischer Kühlkörperabschnitt (12) des Kühlkörpers (1) zumindest teilweise eingebettet ist, gebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Verfahrensschritt aufweist, während dem mindestens ein metallischer Körper (12) in eine Spritzgussform eingelegt und mit wärmeleitendem Kunststoff umspritzt wird, so dass der mindestens eine metallische Körper (12) zumindest teilweise im Kunststoffmaterial eingebettet ist.