DE102005054508A1 - Vehicle headlight or lamp comprises a housing, a transparent cover plate closing the housing, a lighting element arranged in the housing, and a cooling element for the lighting element - Google Patents

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Abstract

The vehicle headlight or lamp comprises a housing (6), a transparent cover plate closing the housing, a lighting element (1) arranged in the housing, and a cooling element (2) for the lighting element. The lighting element consists a LED and or a semiconductor chip or semiconductor-chip-array. The cooling element comprises a latent heat storage, which consists a phases change material (10). The phase change material is embedded into a chamber-like uptake (3) of the cooling element and is salt hydrates, paraffin, sugar alcohols, polyethylene and metal alloys. The vehicle headlight or lamp comprises a housing (6), a transparent cover plate closing the housing, a lighting element (1) arranged in the housing, and a cooling element (2) for the lighting element. The lighting element consists a LED and or a semiconductor chip or semiconductor-chip-array. The cooling element comprises a latent heat storage, which consists a phases change material (10). The phase change material is embedded into a chamber-like uptake (3) of the cooling element, is salt hydrates, paraffin, sugar alcohols, polyethylene and metal alloys and is penetrated in the uptake of a metal foam and metal grid. The areas of the web-like cooling element project into the chamber-like uptake. The melting- and solidification temperature of the phase change material lie between 50-180[deg]C.

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer oder eine Leuchte für Fahrzeuge, mit einem Gehäuse, einer das Gehäuse abschließenden lichtdurchlässigen Abschlussscheibe, zumindest einem in dem Gehäuse angeordneten Beleuchtungselement, welches aus zumindest einer LED und/oder zumindest einem Halbleiterchip oder Halbleiterchip-Array besteht, und zumindest einem Kühlelement für das Beleuchtungselement.The The invention relates to a headlight or a light for vehicles, with a housing, one the case final translucent Cover lens, at least one lighting element arranged in the housing, which consists of at least one LED and / or at least one semiconductor chip or semiconductor chip array, and at least one cooling element for the Lighting element.

Scheinwerfer oder Leuchten für Fahrzeuge, die ein Beleuchtungselement aufweisen, welches zumindest aus einer LED und/oder zumindest einem Halbleiterchip oder einem Halbleiterchip-Array besteht, weisen grundsätzlich das Problem auf, dass die von dem Beleuchtungselement erzeugte Verlustwärme gezielt abgeführt werden muss, da ein Temperaturanstieg über die kritische Temperatur des Beleuchtungselementes hinaus zu einer Abnahme des Lichtstromes und schlimmstenfalls zu einer Zerstörung des Beleuchtungselementes führen kann. Die kritische Temperatur für den pn-Übergang in einer LED liegt heute bei 125°C, für die nähere Zukunft wird von den LED-Herstellern jedoch ein Anstieg auf 150°C prognostiziert. Um die Temperatur gezielt von dem wärmeerzeugenden Chip des Beleuchtungselementes abzuführen, sind bei bekannten Scheinwerfern oder Leuchten für Fahrzeuge die Beleuchtungselemente wärmetechnisch mit Kühlkörpern verbunden. Diese Kühlkörper weisen in der Regel eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit auf und leiten die Wärme von dem Beleuchtungselement zu kühleren Bereichen in dem Scheinwerfer bzw. der Leuchte. Bestenfalls ist der Kühlkörper bis außerhalb des Gehäuses geführt, so dass er hier von kühlerem Fahrtwind umströmt wird und die Wärme mittels Konvektion abgegeben wird. Beispielhaft ist ein derartiger Aufbau aus der DE 10 2004 017 454 A1 bekannt. Für den normalen Fahrbetrieb reicht ein derart bekannter Kühlaufbau aus. Die Wärmeabgabe an die Umgebungsluft entfällt jedoch, falls das Fahrzeug beispielsweise an einem Stauende temporär zum Stehen kommt. Es fehlt der Fahrtwind und gleichzeitig steigt die Motortemperatur merklich an, da auch hier die Durchströmung deutlich reduziert ist und nur noch durch den Motorkühler geleistet wird. Infolge der vorausgegangenen starken Motorbelastung während der Fahrt kann im Extremfall nun die Motortemperatur temporär so sehr ansteigen, dass die Motorraumwärme über den Kühlkörper bzw. das Scheinwerfer- oder Leuchtengehäuse in den Scheinwerfer- oder Leuchteninnenraum strömt und dort ebenfalls die Temperatur ansteigen lässt. Damit lässt die Kühlung des Beleuchtungselementes nach und die Gefahr der irreversiblen Schädigung des Beleuchtungselementes wächst. Die erhöhte Motorraumtemperatur ist in der Regel nur für ca. 20 Minuten zu erwarten, da selbst wenn die Standphase länger andauert, der Motorlüfter die Temperatur im Motorraum ausreichend reduziert hat, da ja auch die Motorleistung und damit die Wärmeabgabe des Motors im Stand vergleichsweise gering ist. Eine Möglichkeit zur Überbrückung des kritischen Zeitfensters von ca. 20 Minuten besteht darin, die Temperatur der Beleuchtungselemente zu überwachen und die Beleuchtungselemente bei Anstieg der Temperatur in einen kritischen Bereich zu dimmen bzw. ganz abzuschalten. Diese Lösung erzeugt jedoch das Problem, dass die Lichtleistung des Scheinwerfers oder der Leuchte deutlich zurückgeht bzw. gar kein Licht mehr abgegeben wird, was zu gefährlichen Situationen für die Fahrzeuginsassen führen kann.Headlights or lights for vehicles, which have a lighting element which consists of at least one LED and / or at least one semiconductor chip or a semiconductor chip array, basically have the problem that the heat loss generated by the lighting element must be selectively dissipated, since a temperature increase Beyond the critical temperature of the lighting element can lead to a decrease in the luminous flux and at worst to a destruction of the lighting element. The critical temperature for the pn junction in an LED is now 125 ° C, but LED manufacturers are forecasting an increase to 150 ° C in the near future. To dissipate the temperature targeted by the heat generating chip of the lighting element, the lighting elements are thermally connected with heat sinks in known headlamps or lights for vehicles. These heat sinks usually have a very good thermal conductivity and conduct the heat from the lighting element to cooler areas in the headlight or the lamp. At best, the heat sink is led to outside the housing, so that it is flowed around here by cooler wind and the heat is dissipated by convection. Exemplary is such a structure of the DE 10 2004 017 454 A1 known. For normal driving such a known cooling structure is sufficient. However, the heat loss to the ambient air is eliminated if the vehicle comes to a temporary end, for example, at a jam end. There is no wind and at the same time the engine temperature rises significantly, because here too the flow is significantly reduced and is only done by the engine radiator. As a result of the previous strong engine load while driving in extreme cases, the engine temperature temporarily rise so much that the engine room heat flows through the heat sink or the headlight or lamp housing in the headlight or lamp interior and there also raises the temperature. Thus, the cooling of the lighting element decreases and the risk of irreversible damage to the lighting element grows. The increased engine compartment temperature is usually only expected for about 20 minutes, because even if the stance phase lasts longer, the engine fan has sufficiently reduced the temperature in the engine compartment, as well as the engine performance and thus the heat output of the engine is relatively low in the state , One way to bridge the critical time window of about 20 minutes is to monitor the temperature of the lighting elements and to dim or turn off the lighting elements in a critical range as the temperature rises. However, this solution creates the problem that the light output of the headlamp or the light decreases significantly or no light is emitted, which can lead to dangerous situations for the vehicle occupants.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Scheinwerfer oder eine Leuchte für Fahrzeuge, mit einem Gehäuse, einer das Gehäuse abschließenden lichtdurchlässigen Abschlussscheibe, zumindest einem in dem Gehäuse angeordneten Beleuchtungselement, welches aus zumindest einer LED und/oder zumindest einem Halbleiterchip oder Halbleiterchip-Array besteht, und zumindest einem Kühlelement für das Beleuchtungselement zu schaffen, welcher es ermöglicht, in Phasen in denen die Verlustwärme des Beleuchtungselementes nicht effektiv abgeführt werden kann, die lichtemittierenden Bauelemente vor einem Temperaturanstieg in den kritischen Bereich zu schützen, ohne dass dabei ihre Lichtleistung abnimmt.task the invention is a headlight or a light for vehicles, with a housing, one the case final translucent Cover lens, at least one lighting element arranged in the housing, which consists of at least one LED and / or at least one semiconductor chip or semiconductor chip array, and at least one cooling element for the Lighting element to create, which makes it possible in phases in which the heat loss of the lighting element can not be effectively dissipated, the light-emitting Components before a temperature rise in the critical area to protect, without thereby reducing their light output.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das Kühlelement zumindest einen Latentwärmespeicher umfasst, welcher aus einem Phasenwechselmaterial (PCM) besteht. Phasenwechselmaterialien machen in einem definierten Temperaturbereich einen Phasenübergang (Z.B. fest zu flüssig) und nehmen dabei Energie in Form von Wärme aus der Umgebung auf, ohne dabei ihre eigene Temperatur zu erhöhen. Sobald die Umgebungstemperatur wieder unter den Temperaturbereich gesunken ist, wechselt das Material erneut seine Phase und gibt die zuvor gespeicherte Energie wieder ab. Somit ermöglicht ein Kühlelement mit einem integrierten Latentwärmespeicher, welcher aus einem Phasenwechselmaterial besteht, die zwischenzeitliche Aufnahme und Speicherung von Wärme in einem für das Beleuchtungselement kritischen Temperaturbereich, ohne dass dabei die Temperatur in bzw. an dem Beleuchtungselement ansteigt. Das Beleuchtungselement kann weiterhin mit voller Leistung betrieben werden und gibt somit auch die volle Lichtleistung ab.These This object is achieved in conjunction with the features of claim 1 solved, that the cooling element at least one latent heat storage comprising, which consists of a phase change material (PCM). Phase change materials make in a defined temperature range a phase transition (Eg too solid) and absorb energy in the form of heat from the environment, without while raising their own temperature. Once the ambient temperature again has fallen below the temperature range, the material changes his phase again and gives the previously stored energy again from. Thus, a cooling element with an integrated latent heat storage, which consists of a phase change material, the interim Absorption and storage of heat in a for the lighting element critical temperature range, without that while the temperature rises in or on the lighting element. The lighting element can continue to operate at full power and thus also gives off the full light output.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Phasenwechselmaterial in eine kammerartige Aufnahme des Kühlelementes eingebettet ist. Hierdurch wird es ermöglicht, dass die Wärme im normalen Fahrbetrieb direkt durch das Kühlelement abgeleitet werden kann und zusätzlich die Wärmeenergie in kritischen Situationen mit kurzzeitigem extremen Anstieg der Umgebungstemperatur direkt von dem Phasenwechselmaterial aufgenommen werden kann. Nach dem Absinken der Temperatur aus dem kritischen Bereich kann durch einen derartigen Aufbau die dann von dem Phasen wechselmaterial wieder abgegebene Wärmeenergie einfach von dem Kühlelement abgeführt werden, ohne dass es zu kritischen Temperaturerhöhungen für das Beleuchtungselement kommt.An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the phase change material is embedded in a chamber-like receptacle of the cooling element. This makes it possible that the heat can be discharged directly through the cooling element in normal driving and in addition, the thermal energy can be picked up directly from the phase change material in critical situations with a brief extreme increase in ambient temperature. After the temperature has dropped from the critical region, the thermal energy which is then released again by the phase change material can be easily removed from the cooling element by such a structure without causing critical temperature increases for the lighting element.

Um zum gezielten Wärmeübergang eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem Kühlkörper und dem Phasenwechselmaterial zu gewährleisten, ragen bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Bereiche des Kühlelementes stegartig in die kammerartige Aufnahme hinein.Around for targeted heat transfer one possible size contact area between the heat sink and to ensure the phase change material protrude in an advantageous embodiment of the invention areas of the cooling element web-like into the chamber-like receptacle.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Phasenwechselmaterial in der kammerartigen Aufnahme von einem offenporigen Metallschaum, insbesondere einem Aluminiumschaum durchsetzt, der die Wärmeleitfähigkeit innerhalb des Phasenwechselmaterials und beim Übergang zum Kühlelement vorteilhaft verbessert. Alternativ ist das Phasenwechselmaterial in der kammerartigen Aufnahme von einem Metallgitter durchsetzt.at An advantageous embodiment of the invention is the phase change material in the chamber-like receptacle of an open-pored metal foam, in particular an aluminum foam interspersed, the thermal conductivity within the phase change material and at the transition to the cooling element advantageously improved. Alternatively, the phase change material penetrated in the chamber-like recording of a metal grid.

Das Phasenwechselmaterial erfüllt seinen Zweck optimal, wenn die Schmelz- und Erstarrungstemperatur des Materials zwischen 50°C und 180° liegt, da in diesem Temperaturbereich die kritische Temperatur des Beleuchtungselementes liegt.The Phase change material met its purpose optimally when the melting and solidification temperature of the material between 50 ° C and 180 °, because in this temperature range, the critical temperature of the lighting element lies.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gehört das eingesetzte Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Salzhydrate. Hier kann beispielsweise ein Magnesiumchlorid Hexahydrat zum Einsatz kommen. Salzhydrate zeichnen sich durch folgende vorteilhafte Materialeigenschaften aus: hohe gewichtsspezifische Schmelzenthalpie, hohe volumenspezifische Schmelzenthalpie, geringe Volumenzunahme beim Phasenwechsel, nicht brennbar, ökologisch und toxikologisch unbedenklich und relativ kostengünstig.at an advantageous embodiment of the invention includes the used Phase change material to the material group of salt hydrates. Here For example, a magnesium chloride hexahydrate may be used come. Salt hydrates are characterized by the following advantageous material properties: high weight-specific enthalpy of fusion, high volume-specific Enthalpy of fusion, small volume increase during phase change, non-flammable, ecological and toxicologically safe and relatively inexpensive.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gehört das eingesetzte Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Paraffine. Sie zeichnen sich durch folgende vorteilhaften Materialeigenschaften aus: hohe gewichtsspezifische Schmelzenthalpie, geringe Volumenzunahme beim Phasenwechsel, geringe Unterkühlung, langlebig, ökologisch und toxikologisch unbedenklich und kostengünstig.at Another advantageous embodiment of the invention includes the used Phase change material to the material group of paraffins. they draw characterized by the following advantageous material properties: high weight-specific enthalpy of fusion, small volume increase during phase change, low hypothermia, durable, ecological and toxicologically safe and inexpensive.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gehört das eingesetzte Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Zuckeralkohole. Hier kann beispielsweise der Zuckeralkohol Erythrit zum Einsatz kommen. Zuckeralkohole weisen folgende vorteilhafte Materialeigenschaften auf: hohe gewichtsspezifische Schmelzenthalpie, hohe volumenspezifische Schmelzenthalpie, geringe Volumenzunahme beim Phasenwechsel, keine korrosiven Wechselwirkungen mit anderen Materialien, Einphasensystem, keine Separation, ökologisch und toxikologisch unbedenklich und relativ kostengünstig.at Another advantageous embodiment of the invention includes the used Phase change material to the material group of sugar alcohols. Here, for example, the sugar alcohol erythritol used come. Sugar alcohols have the following advantageous material properties on: high weight-specific enthalpy of fusion, high volume-specific Enthalpy of fusion, small volume increase during phase change, none corrosive interactions with other materials, single-phase system, no separation, ecological and toxicologically safe and relatively inexpensive.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gehört das eingesetzte Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Polyethylene. Hier können beispielhaft Low-Density-Polyethylene und/oder High-Density-Polyethylene zum Einsatz kommen. Polyethylene weisen folgende vorteilhafte Materialeigenschaften auf: hohe gewichtsspezifische Schmelzenthalpie, keine korrosiven Wechselwirkungen mit anderen Materialien, keine Separation, ökologisch und toxikologisch unbedenklich und relativ kostengünstig.at Another advantageous embodiment of the invention includes the used Phase change material to the material group of the polyethylenes. Here can Exemplary low-density polyethylenes and / or high-density polyethylenes for Use come. Polyethylenes have the following advantageous material properties on: high weight-specific enthalpy of fusion, no corrosive Interactions with other materials, no separation, ecological and toxicologically safe and relatively inexpensive.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gehört das eingesetzte Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Metalllegierungen. Hier kann beispielsweise eine Indium-Zinn-Legierung zum Einsatz kommen. Metalllegierungen weisen folgende vorteilhafte Materialeigenschaften auf: hohe volumenspezifische Schmelzenthalpie, hohe Wärmeleitfähigkeit, geringe Volumenzunahme beim Phasenwechsel, geringe Unterkühlung und temperaturbeständig.at Another advantageous embodiment of the invention includes the used Phase change material to the material group of metal alloys. Here, for example, an indium-tin alloy used come. Metal alloys have the following advantageous material properties on: high volume-specific enthalpy of fusion, high thermal conductivity, low volume increase during phase change, low supercooling and temperature resistant.

Anhand der Figuren wird der Aufbau und die Funktion eines Scheinwerfers oder einer Leuchte für Fahrzeuge mit einem integrierten Latentwärmespeicher schematisch gezeigt. Es zeigen:Based the figures is the structure and function of a headlight or a lamp for vehicles with an integrated latent heat storage shown schematically. Show it:

1: einen Schnitt durch einen Scheinwerfer bei normalen Fahrbetrieb und 1 : a section through a headlight during normal driving and

2: einen Schnitt durch einen Scheinwerfer in einem für das Beleuchtungselement kritischen Temperaturbereich. 2 FIG. 2: a section through a headlight in a critical temperature range for the lighting element.

In 1 ist ein Scheinwerfer für Fahrzeuge gezeigt, der ein Beleuchtungselement (1) aufweist, welches in Fahrtrichtung einen bestimmten Lichtkegel (9) abgibt. Das Beleuchtungselement (1) ist auf einem Kühlelement (2) angeordnet, um die entstehende Verlustwärme, die der Temperatur am Beleuchtungselement Tj1 entspricht, abzuführen. Die Temperatur im Gehäuseinnenraum TU1 ist niedriger als die Temperatur des Kühlelementes TK1, so dass es aufgrund von Konvektion zu einem Wärmeübergang (4) zwischen dem Kühlelement (2) und dem Gehäuseinnenraum (5) kommt. Da aufgrund des Fahrtwindes die Temperatur im Motorraum TM1 wesentlich niedriger ist, als die Temperatur im Gehäuseinnenraum TU1, kommt es durch das Gehäuse (6) ebenfalls aufgrund von Konvektion zu einem Wärmeübergang (7) vom Gehäuseinnenraum (5) zum Motorraum (8). Wie anhand der schematischen Zeichnung zu erkennen ist, weist das Kühlelement (2) eine kammerartige Aufnahme (3) auf, in der das Phasenwechselmaterial (10) angeordnet ist. Da es zu einem ausreichenden Wärmeübergang (4) vom Kühlkörper (2) zum Gehäuseinneren (5) kommt, liegt die Temperatur des Kühlkörpers TK1 unterhalb der Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials (10), so dass dieses die Wärme nur weiterleitet.In 1 a headlamp for vehicles is shown, which is a lighting element ( 1 ), which in the direction of travel a certain beam of light ( 9 ). The lighting element ( 1 ) is on a cooling element ( 2 ) arranged to dissipate the resulting heat loss, which corresponds to the temperature at the lighting element T j1, dissipate . The temperature in the housing interior T U1 is lower than the temperature of the cooling element T K1 , so that it due to convection to a heat transfer ( 4 ) between the cooling element ( 2 ) and the housing interior ( 5 ) comes. Since the temperature in the engine compartment T M1 is much lower than the temperature in the housing interior T U1 due to the wind, it comes through the housing ( 6 ) also due to convection to a heat transfer ( 7 ) from the housing interior ( 5 ) to the engine compartment ( 8th ). As can be seen from the schematic drawing, the cooling element ( 2 ) a chamber-like receptacle ( 3 ), in which the phase change material ( 10 ) is arranged. Since there is sufficient heat transfer ( 4 ) from the heat sink ( 2 ) to the housing interior ( 5 ), the temperature of the heat sink T K1 is below the melting temperature of the phase change material ( 10 ), so that this only passes on the heat.

In 2 ist der Scheinwerfer für Fahrzeuge erneut gezeigt, so dass auf die gleichbleibende konstruktive Anordnung der Bauelemente nicht erneut eingegangen wird. Aufgrund des beispielhaften Auffahrens auf ein Stauende nach längerer Autobahnfahrt gelangt kein Fahrtwind mehr in dem Motorraum (8) und der Motorlüfter erzeugt kurzfristig nicht genug Kühlluft zum Kühlen des Motors, so dass dieser eine erhöhte Wärmemenge in den Motorraum (8) abgibt. Dadurch steigt die Temperatur im Motorraum TM2 gegenüber der ursprünglichen Temperatur TM1 an. Dies hat zur Folge, dass die Temperatur im Motorraum TM2 nur noch geringfügig niedriger ist als die Temperatur im Gehäuseinnenraum TU2, wodurch auch nur noch ein geringer Wärmeübergang (7) von Gehäuseinnenraum (5) zum Motorraum (8) stattfindet. Aufgrund der dadurch bedingten höheren Temperatur im Gehäuseinnenraum TU2 kann das Kühlelement (2) auch nur eine geringere Wärmemenge abgeben. Die Temperatur des Kühlelementes TK2 steigt bis zu der Schmelztemperatur des Phasenwechselmaterials (10) an, so dass dieses einen Phasenübergang vollzieht und dabei Wärmeenergie aufnimmt ohne dabei die eigene Temperatur TPCM zu erhöhen. Sobald der Phasenübergang vollständig vollzogen ist, steigt zwar auch wieder die Temperatur des Kühlelementes TK2 an, was zu einem ungewollten Anstieg der Temperatur am Beleuchtungselementes Tj2 führt, jedoch wird das Volumen des Phasenwechselmaterials (10) so gewählt, dass der Phasenübergang mindestens das kritische Zeitfenster von ca. 20 Minuten in Anspruch nimmt. Nachdem durch die Motorkühlung oder wieder zur Verfügung stehenden Fahrtwind die Temperatur im Motorraum TM2 auf das ursprüngliche Niveau TM2 erfolgt wieder ein Wärmeübergang zwischen den einzelnen Komponenten wie zu 1 beschrieben. Die Temperatur des Kühlelementes TK2 sinkt, so dass auch die Temperatur des Phasenwechselmaterials TPCM sinkt. Erreicht die Temperatur des Phasenwechselmaterials TPCM die Erstarrungstemperatur des Materials, so erfolgt ein erneuter Phasenübergang, so dass die gespeicherte Wärmeenergie wieder abgegeben wird. Hierdurch bleibt die Temperatur der Kühlelementes TK2 während des Phasenüberganges auf einem konstanten Temperaturniveau, und sinkt danach erst wieder auf die ursprüngliche Temperatur TK1 ab.In 2 the headlight for vehicles is shown again, so that the consistent structural arrangement of the components will not be discussed again. Due to the exemplary driving on a jam end after a long highway ride no wind gets more in the engine compartment ( 8th ) and the engine fan does not generate enough cooling air in the short term to cool the engine, so that this an increased amount of heat in the engine compartment ( 8th ). As a result, the temperature in the engine compartment T M2 increases with respect to the original temperature T M1 . This has the consequence that the temperature in the engine compartment T M2 is only slightly lower than the temperature in the housing interior T U2 , whereby only a small heat transfer ( 7 ) of housing interior ( 5 ) to the engine compartment ( 8th ) takes place. Due to the resulting higher temperature in the housing interior T U2 , the cooling element ( 2 ) give only a smaller amount of heat. The temperature of the cooling element T K2 rises up to the melting temperature of the phase change material ( 10 ), so that it makes a phase transition while absorbing heat energy without increasing its own temperature T PCM . As soon as the phase transition is complete, the temperature of the cooling element T K2 also rises again, which leads to an undesired increase in the temperature at the lighting element T j2 , but the volume of the phase change material ( 10 ) is chosen so that the phase transition takes at least the critical time window of about 20 minutes to complete. Once through the engine cooling or re available to wind, the temperature in the engine compartment t M2 to the original level T M2 is again a heat transfer between the different components as to 1 described. The temperature of the cooling element T K2 decreases, so that the temperature of the phase change material T PCM decreases. If the temperature of the phase change material T PCM reaches the solidification temperature of the material, a renewed phase transition takes place, so that the stored heat energy is released again. As a result, the temperature of the cooling element T K2 remains at a constant temperature level during the phase transition, and then decreases again only to the original temperature T K1 .

11
Beleuchtungselementlighting element
22
Kühlelementcooling element
33
kammerartige Aufnahmechamber-like admission
44
Wärmeübergang Kühleelement zu GehäuseinnenraumHeat transfer cool element to housing interior
55
GehäuseinnenraumHousing interior
66
Gehäusecasing
77
Wärmeübergang Gehäuseinnenraum zu MotorraumHeat transfer Housing interior to engine room
88th
Motorraumengine compartment
99
Lichtkegellight cone
1010
PhasenwechselmaterialPhase change material
Tj1 Tj2 T j1 T j2
Temperatur Beleuchtungselementtemperature lighting element
TK1 TK2 T K1 T K2
Temperatur Kühlelementtemperature cooling element
TPCM T PCM
Temperatur Phasenwechselmaterialtemperature Phase change material
TU1 TU2 T U1 T U2
Temperatur Gehäuseinnenraumtemperature Housing interior
TM1 TM2 T M1 T M2
Temperatur Motorraumtemperature engine compartment

Claims (11)

Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge, mit einem Gehäuse, einer das Gehäuse abschließenden lichtdurchlässigen Abschlussscheibe, zumindest einem in dem Gehäuse angeordneten Beleuchtungselement, welches aus zumindest einer LED und/oder zumindest einem Halbleiterchip oder Halbleiterchip-Array besteht, und zumindest einem Kühlelement für das Beleuchtungselement, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement zumindest einen Latentwärmespeicher umfasst, welcher aus einem Phasenwechselmaterial (PCM) besteht.Headlamp or lamp for vehicles, comprising a housing, a translucent cover lens terminating the housing, at least one illumination element arranged in the housing, which consists of at least one LED and / or at least one semiconductor chip or semiconductor chip array, and at least one cooling element for the illumination element, characterized in that the cooling element comprises at least one latent heat storage, which consists of a phase change material (PCM). Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial in eine kammerartige Aufnahme des Kühlelementes eingebettet ist.Headlamp or lamp for vehicles according to claim 1, characterized in that the phase change material in a chamber-like Recording of the cooling element is embedded. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche des Kühlelementes stegartig in die kammerartige Aufnahme hineinragen.Headlamp or lamp for vehicles according to claim 2, characterized in that areas of the cooling element web-like in the protrude chamber-like recording. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial in der kammerartigen Aufnahme von einen Metallschaum durchsetzt ist.Headlamp or lamp for vehicles according to one of previous claims, characterized in that the phase change material in the chamber-like Shot of a metal foam interspersed. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial in der kammerartigen Aufnahme von einem Metallgitter durchsetzt ist.Headlamp or lamp for vehicles according to one of claims 1 to 3, characterized in that the phase change material penetrated in the chamber-like recording of a metal grid is. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelz- und Erstarrungstemperatur des Phasenwechselmaterials zwischen 50° und 180°C liegt.Headlamp or lamp for vehicles according to one of the preceding claims, characterized in that the melting and solidification temperature of the phase change material between 50 ° and 180 ° C. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Salzhydrate gehört.Headlamp or lamp for vehicles according to one of previous claims, characterized in that the phase change material to the material group the salt hydrates belongs. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Paraffine gehört.Headlamp or lamp for vehicles according to claim 1 to 6, characterized in that the phase change material to belongs to the material group of paraffins. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Zuckeralkohole gehört.Headlamp or lamp for vehicles according to claim 1 to 6, characterized in that the phase change material to belongs to the material group of sugar alcohols. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Polyethylene gehört.Headlamp or lamp for vehicles according to claim 1 to 6, characterized in that the phase change material to belongs to the material group of polyethylenes. Scheinwerfer oder Leuchte für Fahrzeuge nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial zu der Materialgruppe der Metalllegierungen gehört.Headlamp or lamp for vehicles according to claim 1 to 6, characterized in that the phase change material to belongs to the material group of metal alloys.
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009013941A1 (en) * 2009-03-19 2010-09-23 Volkswagen Ag Lighting device i.e. headlight, for motor vehicle, has dewing prevention unit including heat-storing material that is subject to dewing-critical temperature range of solid to liquid or liquid to solid phase transformation of material
EP2250436A2 (en) * 2008-03-02 2010-11-17 Lumenetix, Inc. Heat removal system and method for light emitting diode lighting apparatus
EP2258147A1 (en) * 2008-03-02 2010-12-08 Lumenetix, Inc. Thermal storage system using phase change materials in led lamps
ITBS20090142A1 (en) * 2009-07-30 2011-01-31 Uni Degli Studi Brescia SOUL AND THERMOREGULATOR PANEL FOR THE IMPLEMENTATION AND / OR SCREENING OF STRUCTURAL ELEMENTS, IN PARTICULAR OF MACHINING MACHINES, CONTROL OR MEASUREMENT
EP2400252A1 (en) * 2010-06-24 2011-12-28 Valeo Vision Heat-exchange device, in particular for a car
US20120048522A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-01 Andre Hessling Device for generating a cooling air flow in a preferential flow direction for cooling electrical components
FR2965042A1 (en) * 2010-09-22 2012-03-23 Valeo Vision HEAT EXCHANGE DEVICE, IN PARTICULAR FOR A MOTOR VEHICLE
US8427036B2 (en) 2009-02-10 2013-04-23 Lumenetix, Inc. Thermal storage system using encapsulated phase change materials in LED lamps
CN103113858A (en) * 2013-03-05 2013-05-22 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 High-thermal-conductivity composite material and preparation method
CN103122241A (en) * 2013-03-05 2013-05-29 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 High thermal conductive composite material and preparation method thereof
CN103574562A (en) * 2012-08-09 2014-02-12 现代自动车株式会社 Moisture generation preventing structure of vehicle head lamp
US8783894B2 (en) 2010-02-12 2014-07-22 Lumenetix, Inc. LED lamp assembly with thermal management system
CN104482515A (en) * 2014-11-11 2015-04-01 中国科学院广州能源研究所 Isothermal cavity structure and manufacturing method thereof
FR3025022A1 (en) * 2014-08-21 2016-02-26 Sunna Design METHOD FOR CONVERTING THE COLOR TEMPERATURE OF A WHITE LIGHT LED LIGHTING SYSTEM
FR3040777A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-10 Thales Sa OPTICAL DETECTION ASSEMBLY COMPRISING AN IMPROVED THERMAL CONTROL OPTICAL DETECTOR, OBSERVATION INSTRUMENT AND SATELLITE COMPRISING SUCH AN OPTICAL SENSING ASSEMBLY

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3040869A1 (en) * 1980-10-30 1982-06-16 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Motor vehicle headlamp with condensation protection - has heat conducting tube, fitted to headlamp reflector
WO2004007241A2 (en) * 2002-07-16 2004-01-22 Schefenacker Vision Systems Usa Inc. White led headlight
DE102004046764A1 (en) * 2004-09-24 2006-04-06 Daimlerchrysler Ag vehicle headlights

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3040869A1 (en) * 1980-10-30 1982-06-16 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Motor vehicle headlamp with condensation protection - has heat conducting tube, fitted to headlamp reflector
WO2004007241A2 (en) * 2002-07-16 2004-01-22 Schefenacker Vision Systems Usa Inc. White led headlight
DE102004046764A1 (en) * 2004-09-24 2006-04-06 Daimlerchrysler Ag vehicle headlights

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9102857B2 (en) 2008-03-02 2015-08-11 Lumenetix, Inc. Methods of selecting one or more phase change materials to match a working temperature of a light-emitting diode to be cooled
US8632227B2 (en) 2008-03-02 2014-01-21 Lumenetix, Inc. Heat removal system and method for light emitting diode lighting apparatus
EP2258147A1 (en) * 2008-03-02 2010-12-08 Lumenetix, Inc. Thermal storage system using phase change materials in led lamps
EP2258147A4 (en) * 2008-03-02 2012-08-08 Lumenetix Inc Thermal storage system using phase change materials in led lamps
EP2250436A4 (en) * 2008-03-02 2012-01-04 Lumenetix Inc Heat removal system and method for light emitting diode lighting apparatus
EP2250436A2 (en) * 2008-03-02 2010-11-17 Lumenetix, Inc. Heat removal system and method for light emitting diode lighting apparatus
US8427036B2 (en) 2009-02-10 2013-04-23 Lumenetix, Inc. Thermal storage system using encapsulated phase change materials in LED lamps
DE102009013941A1 (en) * 2009-03-19 2010-09-23 Volkswagen Ag Lighting device i.e. headlight, for motor vehicle, has dewing prevention unit including heat-storing material that is subject to dewing-critical temperature range of solid to liquid or liquid to solid phase transformation of material
ITBS20090142A1 (en) * 2009-07-30 2011-01-31 Uni Degli Studi Brescia SOUL AND THERMOREGULATOR PANEL FOR THE IMPLEMENTATION AND / OR SCREENING OF STRUCTURAL ELEMENTS, IN PARTICULAR OF MACHINING MACHINES, CONTROL OR MEASUREMENT
US8783894B2 (en) 2010-02-12 2014-07-22 Lumenetix, Inc. LED lamp assembly with thermal management system
EP2400252A1 (en) * 2010-06-24 2011-12-28 Valeo Vision Heat-exchange device, in particular for a car
FR2961894A1 (en) * 2010-06-24 2011-12-30 Valeo Vision HEAT EXCHANGE DEVICE, IN PARTICULAR FOR A MOTOR VEHICLE
US9103605B2 (en) 2010-06-24 2015-08-11 Valeo Vision Heat exchange device
US20120048522A1 (en) * 2010-09-01 2012-03-01 Andre Hessling Device for generating a cooling air flow in a preferential flow direction for cooling electrical components
FR2965042A1 (en) * 2010-09-22 2012-03-23 Valeo Vision HEAT EXCHANGE DEVICE, IN PARTICULAR FOR A MOTOR VEHICLE
EP2434246A1 (en) * 2010-09-22 2012-03-28 Valeo Vision Heat-exchange device, in particular for a car
CN103574562A (en) * 2012-08-09 2014-02-12 现代自动车株式会社 Moisture generation preventing structure of vehicle head lamp
CN103574562B (en) * 2012-08-09 2018-05-11 现代自动车株式会社 Vehicle head lamp prevents the structure that steam generates
CN103113858A (en) * 2013-03-05 2013-05-22 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 High-thermal-conductivity composite material and preparation method
CN103122241A (en) * 2013-03-05 2013-05-29 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 High thermal conductive composite material and preparation method thereof
FR3025022A1 (en) * 2014-08-21 2016-02-26 Sunna Design METHOD FOR CONVERTING THE COLOR TEMPERATURE OF A WHITE LIGHT LED LIGHTING SYSTEM
CN104482515A (en) * 2014-11-11 2015-04-01 中国科学院广州能源研究所 Isothermal cavity structure and manufacturing method thereof
CN104482515B (en) * 2014-11-11 2017-03-29 中国科学院广州能源研究所 A kind of isothermal cavity configuration and its manufacture method
FR3040777A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-10 Thales Sa OPTICAL DETECTION ASSEMBLY COMPRISING AN IMPROVED THERMAL CONTROL OPTICAL DETECTOR, OBSERVATION INSTRUMENT AND SATELLITE COMPRISING SUCH AN OPTICAL SENSING ASSEMBLY

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