具有冷却装置的前照灯的制作方法

专利名称：具有冷却装置的前照灯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于机动车的前照灯。这样的前照灯具有待冷却的热源和冷却装 置，所述冷却装置具有与热源热耦联的冷却体以及带有风扇外壳的风扇，所述风扇产生冷 却冷却体的气流。
背景技术：
这样的前照灯由本申请人供应作为用于奥迪R8的LED前照灯(LED = Light Emitting Diode，发光二极管)，并且因此在市场上是已知的。在该前照灯中，LED构造是热源。目前，半导体光源越来越广泛地应用于机动车的照明装置中。由于该应用暂时局 限于如刹车灯和转向灯的信号灯，因此目前半导体光源也开始用于前照灯功能，即用于汽 车环境的照明。与卤素灯或气体放电灯不同，LED发射出冷光。因此辐射本身不含有热辐射成分， 所述热辐射部分可与卤素灯或气体放电灯的相应的成分相比。尽管如此，在LED工作时还 是出现大约80%的损耗。也就是说，用于工作的电能的80%作为损耗热量放出，并且加热 LED。这是成问题的，因为LED的重要的特性，如其光通量、颜色、正向电压和寿命都极其与 温度有关。因此，半导体光源的温度必须在预定的热工作点周围窄的且固定的界限内。在 此，LED尤其必须受到过热保护。根据制造商，最大的许可的芯片温度在125°C和185°C之间。超过相应的最大温度 会导致LED的损坏。因为被使用的电能的仅约20%转换为光能，所以在前照灯中出现热功 率损耗，其值能够达到20W和40W之间。为了能够在不允许高的LED温度的情况下可靠地补偿在LED芯片中出现的热功率 损耗，采用冷却概念，所述冷却概念尤其设有开头所述类型的大面积铝冷却体或铜冷却体， 以便吸收损耗热量，并且通过冷却肋片和/或其它表面放大的结构散发给周围环境。对冷却的要求通常很高，使得常用的对流冷却不再够用，并且必须借助风扇进行 通过冷却气流的强制冷却。在此，冷却体通常设置在风扇的排气气流中，其中排气气流横截 面通过设置在风扇和冷却体之间的扩散器，从相对小的风扇出口横截面扩大到相对大的冷 却体入流横截面。在风扇和冷却体以及需要时还有在它们之间设置的扩散器的这个串联的情况下 获得大的结构长度。这是不利的，因为大的结构长度在动态随动转向灯模块中需要用于灯 模块转动的许多空间。该空间通常是不够的。此外，空间需求限制了在前照灯开发中结构 和构造的间隙，这是不希望的。此外，由于大的结构长度，获得引导冷却空气的部件的内表面与这些部件的体积 的不期望的大的比例。这提高了由于壁摩擦导致的流阻，并且因此需要用于实现预定的冷 却的较大的且较重的冷却装置。

发明内容
由于这个背景，本发明的目的是，提供一种开头所述类型的前照灯，其中至少减少 这些缺点。该目的通过本发明提供的一种前照灯得以实现。根据本发明的前照灯的特征在于，冷却体与风扇外壳形成一体结构的冷却体风扇 外壳单元。通过这些特征，提供一种前照灯，其具有特别紧凑的、相对轻的并且由于减小的流 阻经济的且有效率的冷却装置。在优选的实施方式中，风扇为具有在风扇外壳中可作为转子旋转的风扇叶轮的径 流式风扇或斜流式风扇。与轴流式风扇相比，这样的风扇在具有小的横截面和高的流阻的冷却体中特别提 供了优点，所述轴流式风扇由于它们的小的工作压力需要具有大的横截面的流动有利的冷 却体。此外，径流式风扇与轴流式风扇相比更机械耐用地构成，因为在这里，马达和风扇叶 轮能够装配在风扇外壳的封闭的侧壁上。在优选的实施方式中，冷却体风扇外壳单元为此设置成，将热源容纳在冷却体定 子外壳单元的平行于转子的旋转轴线的壁部上。因为该壳壁使气流偏转，所以其起到如同定子叶片的作用。因此，如适用于定子叶 片一样，也适用于该壁部的是，该偏转作用减少了在气流中的不运动的并且因此绝缘的边 界层的厚度。因此在这里，获得特别小的热接触阻力，这有助于期望的冷却效果。因此，也与热源的构造无关地优选的是，冷却体风扇外壳单元构成为定子。通过构 成为定子，外壳使得从风扇叶轮流出的空气通过外壳壁和需要时其它的定子叶片沿优选方 向转向，并且产生静压。在这里适用的是，在气流在定子叶片上偏转时，在气流中不运动的， 也就是说绝缘的边界层，非常的薄，使得获得特别小的热接触阻力。因为定子和冷却体以一 个结构件构成，所以只是出现相对小的壁摩擦损失。冷却体外壳单元的另一个优点在于，其提供了分配排气气流的可能性。在优选的 实施方式中，冷却体风扇外壳单元为此设置成，将排气气流分配到多个排气分气流上。因此 多个灯模块或热源能够尽可能相互无关地被冷却。同样优选的是，冷却体风扇外壳单元具有至少一个设置在冷却体风扇外壳单元的 排气气流中的表面放大的结构。因此，用于热量从冷却体风扇外壳单元过渡到冷却气流而提供的表面扩大，这改 善了冷却效果。因此至少一个设置在排气气流中且处于冷却气流中的冷却肋片改善了冷却气流 的层流性和无紊流性。优选的是，肋片沿流动方向并且因此沿着排气气流设置，并且朝一端 或两端逐渐变细。理想的是，肋片的一端或两端倒圆。在两种情况下，肋片的流入的边缘将 较大的注意力放在了渐细和倒圆方面。因此能够获得大的体积流量或高的静压和因此良好 的散热。在此，肋片的流入的端部能够横向于转子的圆周设置，或者设置在具有转子的圆 周的平面内。本发明通常适用于冷却在前照灯中的热源。除了半导体光源外，根据实施方式也
4能够冷却前照灯的控制光功能的控制器和/或末级构造，借助所述控制器和/或末级构造 例如控制动态随动转向灯模块的、前照灯调节的或可变化的遮光构造的执行机构。在此，总是优选的是，热源设置在冷却体外壳单元的外壁上。因此，热源能够将其 散出的热量通过直接的热接触输入用作吸热装置的冷却体风扇外壳单元内，所述冷却体风 扇外壳单元本身通过在其也许光滑的内壁上，在没有大的流阻的情况下沿着吹过的风扇空 气冷却。其它的优点从从属权利要求、说明书和附图中获得。不言而喻，前述的和在下面还将阐述的特征不但能够以分别所示的组合应用，而 且还能够以其它的组合或单独地应用，而不超出本发明的范围。


本发明的实施例在图中示出，并且在下面的说明中详细阐述。附图分别以示意的 形式示出图1示出已知的前照灯的示意图；图2示出通过根据本发明的前照灯的实施例的灯模块的横截面图；图3示出具有冷却肋片的构造的第一实施方式的涡形外壳；图4示出具有冷却肋片的构造的第二实施方式的涡形外壳；以及图5示出通过根据本发明的前照灯的另一个实施例的灯模块的横截面图。
具体实施例方式在图1中详细地示出前照灯10，其具有前照灯外壳12、设置在前照灯外壳12内的 灯模块14和允许光线16透过的遮光片18。光线16由半导体光源产生，所述半导体光源例 如为待冷却的热源20。由半导体光源20产生的光线16通过光学元件22聚束，并且需要时附加地受到影 响，以便在前照灯10前获得希望的光分布。在所示实施方式中，光学元件22为反射器。可 替代或可补充的是，能够使用遮光构造和/或透镜作为光学元件，以便实现反射系统或投 射系统，并且/或者以便产生不同的光分布。不同的光分布的区别例如在于，它们是否具有 限定的亮暗边界，并且也可能在于，这样的亮暗边界如何构成。在所示实施方式中，灯模块14万向节式地悬挂在外壳12内。为了调整照明宽度， 灯模块能够围绕水平轴线24转动。进行围绕垂直轴线26的转动来实现动态随动转向功能。 这个光功能和为了这个目的所需的光学元件、转动驱动装置和控制元件为本领域技术人员 所熟知，并且因此在这里无需进一步阐述。本发明不涉及这个光功能，而是相反涉及前照灯10的热源20的冷却，尤其是半导 体光源的冷却。因此不言而喻，本发明不局限于在图1中示出的类型的前照灯。就这方面 而言，图1只是有助于本发明的技术范围的示例的阐述。为了热源20冷却的目的，前照灯10具有冷却装置30，所述冷却装置具有与热源 20热耦联的冷却体32以及带有风扇外壳36的风扇34，所述风扇产生冷却冷却体32的气 流 38,40ο冷却体32通常为设置有肋片42的浇注铸造冷却体或连续铸造冷却体，所述浇注
5铸造冷却体或连续铸造冷却体由具有良好的导热能力的材料制成。这样的材料的典型的代 表是铝、镁和铜，以及基于这些金属的合金。为了在给定冷却气流40和给定几何形状的情况下导出由作为待冷却的热源20的 半导体光源产生的热量，冷却体32必须具有一定的热容量和表面。这有助于不希望的大的 结构空间要求。为了在风扇34的相对小的排气口横截面和冷却体32的相对大的待流经的 横截面之间的横截面匹配，冷却装置30具有扩散器44。风扇34、扩散器44和冷却体32的 这个传统的一个接着一个的构造导致不希望的大的结构长度，这对于实现动态转向灯功能 而言是不利的。此外，一个接着一个的构造导致由于风扇34、扩散器44和冷却体32中的空 气摩擦和紊流的流动能量损失。下面参考图2阐述本发明的实施例。在此，图2示出灯模块46，所述灯模块46替 代在图1的对象中的灯模块14。与图1的对象的其余特征结合，灯模块46表明根据本发明 的前照灯的实施例。具体地，灯模块46具有冷却装置50和作为待冷却的热源20的半导体光源48，所 述冷却装置具有与热源20热耦联的冷却体以及带有风扇外壳的风扇，所述风扇产生冷却 冷却体的气流40。与图1的对象相反，在图1中冷却体32和风扇外壳36为不同的部件，图2中的冷 却装置50的特点在于，冷却体与风扇外壳形成一体结构的冷却体风扇外壳单元52。因此在 本发明中，多次利用相同的结构52的作为风扇外壳和作为冷却体。在优选的实施方式中，除了热源20外，灯模块46的其它组成部分固定在冷却体风 扇外壳单元52的紧凑的且稳定的结构上。在图2的对象中，灯模块具有为反射器形式的光 学元件22、遮光板54和支撑投射透镜58的透镜架56。其它紧固元件、支承元件和定心元 件能够在制造冷却体风扇外壳单元52时也集成在该冷却体风扇外壳单元中。冷却体风扇外壳单元52优选由与图1中的冷却体32的材料相同的材料制成，即 由铝、镁、铜或含有这些材料中的至少一个组成的合金制成。尤其是压铸法被认为是适合的 制造方法。与图1中的只是用于供风并且因此能够由轻的塑料组成的风扇外壳36相比，优选 由金属压铸制成的冷却体风扇外壳单元52具有重量缺点。但是，这个重量缺点通过重量优 点给予更多的补偿，所述重量优点通过取消图1中的分开的冷却体32来获得。在总量上预 期节省冷却体32的重量的大致三分之一。本发明不局限于确定的风扇类型，并且原则上能够用于将机械能转换为运动的空 气的流动能量的每种装置。但是，在优选的实施方式中使用径流式风扇或斜流式风扇，所述 径流式风扇或斜流式风扇具有在冷却体风扇外壳单元52中可作为转子或叶轮旋转的风扇 叶轮60。在图2中示出的风扇为这样的径流式风扇，在所述径流式风扇中，垂直于图平面 从环境中抽进冷却空气。在此，空气首先被抽入可作为转子旋转的并且作为风扇叶轮起作 用的叶轮60的中央区域内，并且通过风扇叶轮60的叶片径向加速。在这里构成为涡形外壳 的冷却体风扇外壳单元52的内表面62在这种情况下起到如同定子叶片的作用，所述内表 面使径向加速的空气沿圆周方向转向，并且因此沿冷却空气40的画出的方向转向。因此， 图2尤其也示出构成为定子的冷却体风扇外壳单元52。不言而喻，其它的定子叶片也能够设置在叶轮60和内表面62之间。通过空气的所述转向，获得在内表面62上的高的切线方向的空气速度和空气边 界层的非常小的密度，这导致用于热量从冷却体风扇外壳单元52过渡到冷却空气40的小 的热阻。从中获得非常集中的冷却效果，所述冷却效果导致，在图2的对象中的冷却气流40 比在图1的对象中的相同大小冷却气流40吸收更多的热量。因此，与在图1中的对象相比， 在图2的对象中的相同量的热量能够通过更小的表面散出。这尤其适合于冷却体风扇外壳单元52的表面，在所述表面上，在冷却体风扇外壳 单元52内存在高的空气速度，这例如冷却体风扇外壳单元52的在平行于风扇叶轮60的旋 转轴线的壁部上，即在内表面62上是这种情况。因此，优选的实施方式的特点在于，冷却体 风扇外壳单元52为此设置成，将热源20容纳在冷却体风扇外壳单元52的平行于旋转轴线 的外壁上。定子外壳作为涡形外壳的实施形式允许使用径流式风扇或斜流式风扇。涡形外壳 通常具有相对大的表面，这在作为冷却体的补充使用中，具有高的热容量的优点和在热量 过渡到冷却气流方面的低的热过渡阻力的优点。在所示实施方式中，从叶轮轴线方向抽入的冷却空气朝投射透镜58的方向从冷 却体风扇外壳单元52中抽出。这提供如下附加的优点，被加热的冷却空气吸收能够在温度 和/或空气湿度变换的情况下在前照灯中冷凝的湿气，并且借助气流从前照灯中带走。在实施方式中，冷却体风扇外壳单元52具有至少一个设置在冷却体风扇外壳单 元52的排气气流64内的表面扩大的结构。通过这个扩大的表面加强热源20的通过冷却 体风扇外壳单元52进行的散热。在图2的对象中，设置在排气气流40内的冷却肋片66、68、70为这样的表面扩大 的结构的实施方式，其中在三个冷却肋片66、68、70的位置上也能够设有更多或更少的肋 片。冷却肋片66、68、70优选沿着出口气流64设置，并且朝着它们的位于纵向方向上 的两个端部中的一个逐渐变细。在所示对象中，它们朝两端逐渐变细。此外，它们应该至少 在它们的流入的端部上具有倒圆的肋边缘。图3示出冷却体风扇外壳单元52的实施方式，对于径流式风扇而言，在所述实施 方式中，冷却肋片66、68、70的流入的端部设置成，分别横向于由于清楚的原因未示出的叶 轮60的圆周。图4示出可替代的实施方式，其中冷却肋片66、68、70的流入的端部分别设置在具 有叶轮60的圆周的平面内。此外，图3和图4清楚示出如旋拧圆顶(AnSChraubd0men)72、孔74和用于孔的突 起76的紧固元件以及如腹板78的定心元件的集成，所述定心元件例如用于反射器的安装 方向的定向。图2至图4的对象分别示出冷却体风扇外壳单元52，其具有作为出口区域的单独 的压力接管，并且因此也具有仅一个单独的，需要时通过冷却肋片66、68、70分开的排气气 流64。相反，图5揭示了可替代的实施方式，其中冷却体风扇外壳单元53为此设置成，将 排气气流分配到多个排气分气流80、82上。
排气气流分配到多个排气分气流80、82上的可能性是冷却体风扇外壳单元53的 另一个优点。因此能够尽可能相互无关地冷却多个灯模块或热源。为了实现这一点，冷却 体外壳单元53具有两个或多个切向的压力接管84、86，通过所述压力接管，冷却气流能够 被分配，并且朝多个不同的热源引导。与体积流的在压力接管/出口区域(Y型管分支)后 面的分配不同，这个分配提供了最紧凑的实施形式可能性。此外，与在单独的风扇出口后面使用管分支相比，两个或多个排气分气流80、82 较少受到影响。通过气流在冷却体风扇外壳单元53内的分配，能够实现用于冷却系统的最 小的结构尺寸。图5示出在两个压力接管84、86上的并且因此也在排气分气流80、82上的分配。 这个实施方式允许借助通过第二压力接管排出的冷却空气82冷却在前照灯中的另一个灯 模块或另一个热源。另一个热源例如为另一个半导体光源和/或前照灯的控制灯模块的控 制器和/或相关的末级构造，其中该列举不应该是最终的。通过压力接管84、86的出口横截面的尺寸和涡形部分的与每个压力接管84、86有 效地相关联的长度尺寸，在结构上影响空气量的分布。具有遮光辊形式的可调节的遮光板的构造在图5中用数字88表示。遮光辊88替 代图2中的固定的遮光板54，并且说明，本发明不局限于在特殊的前照灯中的应用，而是也 可应用于大量不同的前照灯，所述前照灯具有一个或多个待冷却的热源，如半导体光源和/ 或控制器和/或末级构造。
权利要求
一种用于机动车的前照灯(10)，具有至少一个待冷却的热源(20)和冷却装置(50)，所述冷却装置(50)具有与所述热源(20)热耦联的冷却体以及带有风扇外壳的风扇，所述风扇产生冷却所述冷却体的气流(40)，其特征在于，所述冷却体与所述风扇外壳形成一体结构的冷却体风扇外壳单元(52；53)。
2.如权利要求1所述的前照灯(10)，其特征在于，所述风扇为具有在风扇外壳中可作 为转子旋转的风扇叶轮(60)的径流式风扇或斜流式风扇。
3.如权利要求2所述的前照灯(10)，其特征在于，所述冷却体风扇外壳单元(52;53) 为此设置成，将所述热源(20)容纳在所述冷却体风扇外壳单元(52 ；53)的平行于旋转轴线 的壁部上。
4.如权利要求2或3所述的前照灯(10)，其特征在于，所述冷却体风扇外壳单元(52； 53)构成为定子。
5.如前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，其特征在于，其为此设置成，将所述 排气气流(40)分配到多个排气分气流(80、82)上。
6.如前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，其特征在于，所述冷却体风扇外壳单 元(52)具有至少一个设置在所述冷却体风扇外壳单元(52)的排气气流(40)中的表面放 大的结构。
7.如权利要求6所述的前照灯(10)，其特征在于，其具有至少一个设置在排气气流 (40)中的冷却肋片(66、68、70)。
8.如权利要求7所述的前照灯(10)，其特征在于，所述冷却肋片(66、68、70)沿着所述 排气气流(40)设置，朝着它们的位于纵向方向上的两个端部中的至少一个逐渐变细，并且 至少在它们的流入的端部上具有倒圆的肋边缘。
9.如权利要求6或7所述的前照灯(10)，其特征在于，所述肋片的流入的端部横向于 所述转子的圆周设置。
10.如权利要求6或7所述的前照灯(10)，其特征在于，所述肋片(66、68、70)的流入 的端部设置在具有所述转子(60)的圆周的平面内。
11.如前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，其特征在于，所述热源(20)为半导 体光源(48)。
12.如前述权利要求中任一项所述的前照灯(10)，其特征在于，所述热源(20)设置在 所述冷却体外壳单元(52 ；53)的外壁上。
全文摘要
一种用于机动车的前照灯(10)，具有至少一个待冷却的热源(20)和冷却装置(50)，所述冷却装置(50)具有与所述热源(20)热耦联的冷却体以及带有风扇外壳的风扇，所述风扇产生冷却所述冷却体的气流(40)。所述前照灯(10)的特征在于，所述冷却体与所述风扇外壳形成一体结构的冷却体风扇外壳单元(52；53)。
文档编号F04D29/40GK101956965SQ20101023438
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月20日 优先权日2009年7月20日
发明者马蒂亚斯·布伦德勒 申请人:汽车照明罗伊特林根有限公司