DE102006057569B4

DE102006057569B4 - Scheinwerferbaugruppe mit integriertem Reflektor und Kühlkörper

Info

Publication number: DE102006057569B4
Application number: DE102006057569A
Authority: DE
Inventors: Amir P. Fallahi; Thomas Lee Jones
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Po Lighting Czech SRO Cz
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2026-11-29
Also published as: JP2007157729A; JP4594294B2; DE102006057569A1; US20070127252A1; US7344289B2

Abstract

Scheinwerferbaugruppe (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – eine Streuscheibe (12); – ein Gehäuse (14), das mit der Streuscheibe (12) so zusammenwirkt, dass zumindest teilweise eine Innenkammer (16) definiert wird, die von der Umgebung im Allgemeinen fluidisch abgetrennt ist; – einen am Gehäuse (14) befestigten und als einteiliges Gussteil ausgebildeten Metallreflektor (22) mit einem zur Reflexion von Licht einer Lichtquelle nach vorn durch die Streuscheibe (12) ausgelegten Reflexionsabschnitt (23), wobei der Reflektor (22) einen Kühlkörperabschnitt (26) hat, der das Gehäuse (14) durchdringt und den Umgebungsbedingungen außerhalb des Gehäuses (14) ausgesetzt ist, sodass Wärme aus der Innenkammer (16) in die Umgebung übertragen wird; – eine am Reflektor (22) innerhalb der Innenkammer (16) befestigte Sockelplatte (18); und – eine an der Sockelplatte (18) befestigte Halbleiterlichtquelle (20).

Description

Hintergrund
1. Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Scheinwerferbaugruppe für ein Kraftfahrzeug. Speziell betrifft sie die Kühlung einer Scheinwerferbaugruppe durch Abführen der Wärme von der Lichtquelle über leitfähige Kühlkörper an die Außenseite 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/vorwärts” und „hinter/hinten/rückwärts/rückwärtig” beziehen sich auf die Position der Lichtquelle und die für das Sehen des Lichts der Lichtquelle vorgesehene Richtung. Licht der Lichtquelle soll also von einer vorn liegenden Position 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 optimalen Leistung der neueren Lichtquellen, wie z. B. LEDs, und ihrer elektrischen Komponenten in der Scheinwerferbaugruppe ist es wünschenswert, dass die Innentemperatur der Scheinwerferbaugruppe unter der maximalen Betriebstemperatur dieser Lichtquellen und Komponenten 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 während des Fahrzeugbetriebs die verschiedenen Komponenten, wie z. B. der Verbrennungsmotor und sein Kühlsystem, 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 Innenkammer und der Umgebung minimiert und die Innenkammer gegen den Motorraum und die damit verbundenen hohen Temperaturen abgeschirmt wird.
Aus der DE 10 2006 051 030 A1 geht eine konvektionsgekühlte Scheinwerferbaugruppe hervor, die eine Streuscheibe und ein Gehäuse umfasst, die zwecks Bildung einer im Allgemeinen von der Umgebung fluidisch abgetrennten Innenkammer zusammenwirken.
In der DE 10 2006 057 570 A1 ist eine Scheinwerferbaugruppe mit Kühlkanal offenbart, die eine Lichtquelle, eine Kammer zur Aufnahme der Lichtquelle und einen Kühlkanal zum Abführen der Wärme aus der Kammer aufweist, wobei eine Wärmeleitwand und eine Wärmedämmwand zwecks Bildung der Kammer und des Kanals zusammenwirken.
Aus der DE 102 58 624 B3 geht schließlich eine Scheinwerfereinheit für ein Kraftfahrzeug hervor, bei der eine Wärmeleiteinrichtung vorgesehen ist, die mit der Lichtquelle und/oder mit dem Reflektor der Lichtquelle wärmeübertragend gekoppelt ist und mit einem Ausgangsendabschnitt aus dem Gehäuse herausführt und mit einer zur Wärmeableitung geeigneten Zone der Fahrzeugkarosserie wärmeübertragbar verbindbar ist.
Zusammenfassung
Zur Überwindung der oben erwähnten Einschränkungen und anderer Nachteile des Standes der Technik wird für ein Kraftfahrzeug eine Scheinwerferbaugruppe bereitgestellt, die eine Streuscheibe und ein Gehäuse enthält, die so zusammenwirken, dass mindestens teilweise eine von der Umgebung allgemein fluidisch abgetrennte Innenkammer gebildet wird. Eine Sockelplatte ist innerhalb der Innenkammer angebracht, und eine Lichtquelle sowie ein Reflektor sind an der Sockelplatte befestigt. Der Reflektor enthält Abschnitte, die zum Reflektieren von Licht der Lichtquelle nach vorn durch die Streuscheibe ausgelegt sind, und Abschnitte, die einen Kühlkörper bilden.
In einem Aspekt der Erfindung ist der Reflektor eine einteilige Komponente und ist aus einer Legierung gefertigt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die neben anderen Legierungen Magnesiumlegierungen, Aluminiumlegierungen und Zinklegierungen umfasst, und durch Gießen geformt.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Reflektor eine einteilige Komponente aus einer thixotropen Legierung. Neben anderen sind solche Legierungen Magnesiumlegierungen und Aluminiumlegierungen.
In einem nochmals anderen Aspekt der Erfindung ist der Reflektor durch Halbfest-Metallspritzgießen geformt.
In einem wiederum anderen Aspekt der Erfindung sind die zum Reflektieren von Licht der Lichtquelle vorgesehenen Abschnitte des Reflektors so poliert, dass sie einen reflektierenden Oberflächenzustand aufweisen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Licht der Lichtquelle reflektierenden Abschnitte des Reflektors mit einer reflektierenden Aluminiumschicht bedampft.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind nach Prüfung der nachfolgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Zeichnungen und beigefügten und einen Teil dieser Spezifikation bildenden Patentansprüche für Fachleute leicht erkennbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht einer Scheinwerferbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, die die in den Patentansprüchen beschriebene Merkmale aufweist;
2 ist eine allgemein entlang der Linie 2-2 aufgenommene Seitenschnittdarstellung der in 1 gezeigten Scheinwerferbaugruppe; und
3 ist eine Seitenschnittdarstellung eines der in den 1 und 2 gezeigten Kühlkörper.
Ausführliche Beschreibung
In den 1 und 2 ist eine den Prinzipien der Erfindung entsprechende Scheinwerferbaugruppe für ein Kraftfahrzeug dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Die Scheinwerferbaugruppe 10 enthält eine Streuscheibe 12 und ein Gehäuse 14, die so zusammenwirken, dass mindestens teilweise eine Innenkammer 16 gebildet wird, die allgemein von der Umgebung fluidisch abgetrennt ist. Das Gehäuse 14 ist vorzugsweise lichtundurchlässig Die Streuscheibe 12 besteht vorzugsweise aus einem durchsichtigen oder durchscheinenden formbaren Material, wie z. B. Glas oder Kunststoff, Polycarbonat eingeschlossen.
Innerhalb der Innenkammer 16 ist eine Reihe von Sockelplatten 18 an einer Innenfläche 19 des Gehäuses 14 angebracht. Die 2 und 3 zeigen, dass auf die Sockelplatten 18 innerhalb der Innenkammer 16 eine Lichtquelle 20 in herkömmlicher Weise aufgebracht ist.
Ebenfalls an den Sockelplatten 18 ist ein integrierter Reflektor 22 angebracht, der Abschnitte, die einen Reflexionsabschnitt 23 mit einer Reflexionsfläche 24 bilden, und Abschnitte, die einen Kühlkörper 26 in Kontakt mit den Sockelplatten 18 bilden, enthält. Die Reflexionsfläche 24 ist zum Reflektieren von Licht der Lichtquelle 20 nach vorn durch die Streuscheibe 12 ausgelegt, fokussiert die von der Lichtquelle 20 ausgesendeten Lichtstrahlen zu einem Strahl mit der gewünschten Charakteristik und lenkt die Lichtstrahlen durch die Streuscheibe 12 und von der Scheinwerferbaugruppe 10 nach vorn. Wie zu erkennen, ist der Kühlkörper 26 zur Abführen von Wärme von der Lichtquelle 20 ausgelegt.
Der Reflektor 22 ist vorzugsweise eine aus einem Metall oder einer Metalllegierung, wie z. B. Magnesiumlegierungen, Aluminiumlegierungen und Zinklegierungen, hergestellte einteilige Komponente. Der Reflektor 22 kann im Gießverfahren oder durch andere für das Erzeugen einer einteiligen Komponente geeignete Prozesse hergestellt sein. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Reflektors 22 ist das Halbfest-Metallspritzgießen. Das Halbfest-Metallspritzgießen ist für diese Anwendung besonders vorteilhaft, weil mit diesem Verfahren endformnahe Bauteile erzeugt werden, sodass der Aufwand für die Endbearbeitung verringert und die Qualität der Bauteile verbessert werden. Die durch Halbfest-Metallspritzgießen hergestellten Bauteile weisen Maßhaltigkeit, geringe Porosität, hohe Genauigkeit bei reduzierter Schrumpfung, Eigenspannung und Änderung der Gestalt, wodurch dieses Verfahren ideal für extrem dünnwandige Bauteile ist.
Die Reflexionsfläche 24 kann durch Polieren einen reflektierenden Oberflächenzustand erhalten oder durch einen Prozess, wie z. B. Bedampfen mit einer reflektierenden Beschichtung erreicht werden. Bei einer solchen Ausgestaltung kann die reflektierende Beschichtung ein Aluminiumüberzug oder jede andere geeignete Beschichtung sein. Das Gehäuse 14 und die Streuscheibe 12 sind miteinander so verbunden, dass die Innenkammer 16 im Wesentlichen zur Umgebung abgedichtet ist. Die Innenkammer 16 ist jedoch mit (nicht dargestellten) Druckentlastungsöffnungen ausgestattet, die einen relativ geringen Luftstrom in die Innenkammer 16 hinein- und aus der Innenkammer 16 herausströmen lassen, sodass durch Änderungen der Innentemperatur innerhalb der Innenkammer 16 bewirkte Luftdruckschwankungen ausgeglichen werden.
Die Lichtquelle 20 ist vorzugsweise eine Leuchtdiode (LED). Die nachfolgend nur noch als „LED 20” bezeichnete Lichtquelle 20 ist an einer Leiterplatte 28 befestigt, die elektronische Steuerungseinrichtungen und Anschlüsse für die LED 20 enthält. Die LED 20 und die Leiterplatte 28 sind gemeinsam auf der Sockelplatte 18 in der Innenkammer 16 befestigt. Die LED 20 und die Leiterplatte 28 sind auf der Sockelplatte 18 vorzugsweise mithilfe eines wärmeleitenden Klebers befestigt.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, sind eine Reihe von Sockelplatten 18 (dargestellt sind acht, und zwar nur zu exemplarischen Zwecken) mit darauf befestigten LEDs 20 in der Innenkammer 16 der Scheinwerferbaugruppe 10 angeordnet. Verständlicherweise hängen Anzahl und Anordnung der LEDs 20 und ihre Anordnung von den Erfordernissen der speziellen Anwendung ab, für die sie letztendlich eingesetzt werden.
Laut 2 enthalten Abschnitte des Kühlkörpers 26 Kühlkörperrippen 30, die sich durch das Gehäuse 14 hindurch erstrecken und der Umgebungsluft außerhalb der Innenkammer 16 ausgesetzt sind, sodass die Kühlkörperrippen 30 Wärme aus der Innenkammer 16 ableiten, wie nachfolgend beschrieben wird.
Beim Betrieb der Scheinwerferbaugruppe 10 erzeugen die LEDs 20 Wärme, die eine Erhöhung der Temperatur der Luft, der Komponenten und der Strukturen in der Innenkammer 16 verursacht. Die LEDs 20 und/oder weitere elektronische Komponenten können jedoch in ihrer Leistung abfallen oder gänzlich versagen, wenn ihre jeweilige maximale Betriebstemperatur überschritten wird. Zur Absenkung der Temperatur dieser Komponenten sind die LEDs 20 auf den Sockelplatten 18 und die Sockelplatten 18 am Reflektor 22 befestigt. Dadurch wird die Wärme von den LEDs 20 über die Sockelplatten 18 an den Reflektor 22 und insbesondere an jene Abschnitte des Reflektors 22 geleitet, die die außerhalb der Innenkammer 16 angeordneten Kühlkörperrippen 30 bilden. Die quer über die Kühlkörperrippen 30 strömende Umgebungsluft kühlt die Kühlkörperrippen 30, wodurch die aus der Innenkammer 16 abgeleitete Wärme zerstreut wird.
Bezugszeichenliste

10: Scheinwerferbaugruppe
12: Streuscheibe
14: Gehäuse
16: Innenkammer
18: Sockelplatten
19: Innenfläche
20: Lichtquelle
22: Reflektor
23: Reflexionsabschnitt
24: Reflexionsfläche
26: Kühlkörper
28: Leiterplatte
30: Kühlkörperrippen

Claims

Scheinwerferbaugruppe (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – eine Streuscheibe (12); – ein Gehäuse (14), das mit der Streuscheibe (12) so zusammenwirkt, dass zumindest teilweise eine Innenkammer (16) definiert wird, die von der Umgebung im Allgemeinen fluidisch abgetrennt ist; – einen am Gehäuse (14) befestigten und als einteiliges Gussteil ausgebildeten Metallreflektor (22) mit einem zur Reflexion von Licht einer Lichtquelle nach vorn durch die Streuscheibe (12) ausgelegten Reflexionsabschnitt (23), wobei der Reflektor (22) einen Kühlkörperabschnitt (26) hat, der das Gehäuse (14) durchdringt und den Umgebungsbedingungen außerhalb des Gehäuses (14) ausgesetzt ist, sodass Wärme aus der Innenkammer (16) in die Umgebung übertragen wird; – eine am Reflektor (22) innerhalb der Innenkammer (16) befestigte Sockelplatte (18); und – eine an der Sockelplatte (18) befestigte Halbleiterlichtquelle (20).
Scheinwerferbaugruppe (10) nach Anspruch 1, wobei der Reflektor (22) aus einer Legierung besteht, die aus der Magnesiumlegierungen, Aluminiumlegierungen und Zinklegierungen umfassenden Gruppe ausgewählt ist.
Scheinwerferbaugruppe (10) nach Anspruch 1 bis 2, wobei die Reflexionsabschnitte (23) des Reflektors (22) zwecks Bildung eines reflektierenden Oberflächenzustands polierte Flächen enthalten.
Scheinwerferbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Reflexionsabschnitte (23) des Reflektors (22) eine reflektierende Beschichtung aufweisen.
Scheinwerferbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Reflexionsabschnitt (23) ein aufgedampfter Überzug ist.
Scheinwerferbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die reflektierende Beschichtung eine Aluminiumbeschichtung ist.
Scheinwerferbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lichtquelle (20) mithilfe eines wärmeleitenden Klebers mit der Sockelplatte (18) verbunden ist.
Scheinwerferbaugruppe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Lichtquelle (20) eine Leuchtdiode ist.
Scheinwerferbaugruppe (10) nach Anspruch 8, wobei die Lichtquelle (20) an einer Leiterplatte (28) und die Leiterplatte (28) an der Sockelplatte (18) befestigt ist.