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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Displayeinheit und zumindest einer Lichtquelle, bei dem die Anordnung der Polarisationsfilter und des Displayelementes thermisch optimiert ist.
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Aus dem Stand der Technik sind Flüssigkristalldisplaysysteme (LCD) bekannt, die hauptsächlich in Unterhaltungselektronik, an Messgeräten, in Mobiltelefonen, Digitaluhren und Taschenrechnern zur Anwendung kommen. Deren Funktion beruht darauf, dass Flüssigkristalle die Polarisationsrichtung von Licht beeinflussen, wenn ein bestimmtes Maß an elektrischer Spannung angelegt wird. Die elektrische Spannung bewirkt dabei eine Ausrichtung der Flüssigkristalle, wodurch sich die Durchlässigkeit für polarisiertes Licht, das mit einer Hintergrundbeleuchtung und Polarisationsfiltern erzeugt wird, ändert. Bei den zur Hintergrundbeleuchtung eingesetzten Lichtquellen handelt es sich in der Regel um Kaltkadodenstrahlbeleuchtung oder bei neueren Systemen um LEDs bzw. OLEDs. Das ausgestrahlte Licht fällt dabei zuerst auf einen Polarisationsfilter und danach auf ein Flüssigkristalldisplay bevor es durch einen zweiten Polarisationsfilter die Displayeinheit verlässt. Die beiden Polarisationsfilter werden dabei vor und hinter das Flüssigkristalldisplay angeordnet und liegen dabei unmittelbar sandwichartig aufeinander. Gattungsgemäße Displaysysteme arbeiten mit vergleichsweisen geringen Leuchtdichten, bei dem der größte Teil des Lichts, das auf das Display trifft vom ersten Polarisationsfilter absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Da die Polarisatoren direkt auf dem Display angebracht sind, besteht die Gefahr, dass bei Erreichen höherer Temperaturen die Polarisationsfilter und das Displayelement durch Überhitzung zerstört werden. Ein gattungsgemäßes Displaysystem ist in der
US 2009/0135365 A1 offenbart, wobei das Displayelement einseitig über einen Kühlkanal mit Gas gekühlt wird.
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Für die Verwendung derartiger Displaysysteme im Scheinwerferbereich für Kraftfahrzeuge müssen deutlich höhere Leuchtdichten für das sichtbare elektromagnetische Spektrum in einem Display realisiert werden. Nachteilhaft bei den bekannten Displaysystemen auf Flüssigkristallbasis sind die geringe Leuchtdichte sowie die sandwichartige Anordnung, bei der die Polarisationsfilter direkt auf dem Display angebracht sind, so dass ein erhöhtes Risiko für die Beschädigung aufgrund von Überhitzung besteht. Dieser Nachteil potenziert sich, wenn höhere Leuchtdichten für das sichtbare elektromagnetische Spektrum realisiert werden, was für einen Einsatz im automotiven Scheinwerferbereich notwendig ist.
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Die
DE 10 2012 112 127 A1 offenbart ein Lichtmodul für einen Scheinwerfer eines Fahrzeugs, aufweisend zumindest eine Lichtquelle und wenigstens eine Blendenvorrichtung für die Beeinflussung des von der Lichtquelle emittierten Lichts, wobei die Blendenvorrichtung als LCD-Blende ausgebildet ist, wobei die LCD-Blende wenigstens abschnittsweise derart ausgebildet ist, dass diese im stromlosen Zustand gegen Lichtdurchlass sperrt. Die LCD-Blende kann einen ersten Polarisator, durch welchen das von der Lichtquelle zur Verfügung gestellte Licht eindringt, aufweisen. Weiter kann ein zweiter Polarisator vorgesehen sein, durch welche das Licht die LCD-Blende verlässt. Zwischen dem ersten Polarisator und dem zweiten Polarisator kann eine Flüssigkristallschicht angeordnet sein.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermisch optimierte Gestaltung von hochauflösenden Displaysystemen zu ermöglichen, die eine Anwendung für automotive Scheinwerfer erlaubt.
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Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugscheinwerfer dient zum Einsatz von hochauflösenden Displaysystemen für automotive Scheinwerferanwendungen. Hierfür weist der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugscheinwerfer eine Displayeinheit mit zumindest einem ersten Polarisationsfilter, zumindest einem Displayelement sowie zumindest einem zweiten Polarisationsfilter auf, wobei das Displayelement zwischen dem ersten und dem zweiten Polarisationsfilter angeordnet ist. Ferner umfasst ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugscheinwerfer zumindest eine Lichtquelle zur Emittierung von Licht in Richtung der Displayeinheit. Das Displayelement ist beabstandet zum ersten und zum zweiten Polarisationsfilter angeordnet, so dass zwischen dem Displayelement und dem ersten sowie dem zweiten Polarisationsfilter jeweils ein Kühlkanal sich bildet, durch den ein Fluid strömbar ist, wodurch eine Kühlung der Displayeinheit erzielbar ist.
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Ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugscheinwerfer unterscheidet sich von bekannten Kraftfahrzeugscheinwerfern dadurch, dass das Displayelement beabstandet zum ersten und zum zweiten Polarisationsfilter angeordnet ist, so dass sich zwischen dem Displayelement und dem ersten Polarisationsfilter und dem zweiten Polarisationsfilter jeweils ein Kühlkanal bildet, durch den ein Fluid strömbar ist, wodurch eine Kühlung der Displayeinheit erzielbar ist. Der Unterschied zu bekannten Displaysystemen aus der Unterhaltungselektronik, kennzeichnet sich insbesondere dadurch, dass eine Trennung der Polarisationsfilter vom eigentlichen Display realisiert wird, wodurch eine Optimierung der Kühlleistung erzielt wird.
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Scheinwerfer an Fahrzeugen, insbesondere Frontscheinwerfer, dienen der Verkehrssicherheit durch die Sichtbarmachung und Ausleuchtung des Fahrweges bei Dunkelheit. Als Lichtquelle kommen im Stand der Technik Glühlampen, Gasentladungslampen (Xenonlicht), LEDs oder Laserdioden zum Einsatz. Der Einsatz von Displaysystemen auf Flüssigkristallbasis erfordert hochauflösende Displaysysteme, die mit einer höheren Leuchtdichte den Umweltanforderungen im automotiven Einsatz ermöglichen.
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Ein entscheidender Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist die Trennung der Polarisationsfilter vom eigentlichen Displayelement, so dass gleichzeitig eine Kühlung der Polarisationsfilter und des Displayelementes durch eine Umströmung mit einem Fluid ermöglicht ist.
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Um sicherzustellen, dass der erfindungsgemäße Kraftfahrzeugscheinwerfer eine ausreichend hohe Leuchtdichte ermöglicht, kommen insbesondere LEDs zum Einsatz.
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LEDs mit einer ausreichend großen Leistung sind z. B. Hochleistungsleuchtdioden sowie SMD LEDs, die sich aufgrund der erhöhten Leistung im Betrieb erhitzen. Eine erfindungsgemäße Anordnung innerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers ermöglicht den Einsatz hochauflösender Displaysysteme mit leistungsfähigen LEDs der vorbenannten Art, wobei durch eine erfindungsgemäße Kühlung ein Überhitzen und in Folge dessen eine Beschädigung der Polarisationsfilter und/oder des Displayelementes, zumindest weitestgehend verhindert wird. Die Abfuhr der Wärme verlängert die Haltbarkeit und ermöglicht gleichzeitig höhere Leuchtdichten. Die Polarisationsfilter können unterschiedliche Stellwinkel aufweisen, sodass die optischen Eigenschaften weiter veränderbar sind.
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Im Rahmen der Erfindung kann das Fluid ein gasförmiges Medium sein, dass insbesondere von einem Lüfter verdichtet und entlang eines Führungssystems befördert wird. Die Gaszufuhr und die Beförderung entlang des Führungssystems lenkt das gasförmige Medium zu den zu kühlenden Bauteilen, insbesondere zu der Displayeinheit und der Lichtquelle. Die dadurch entstehende Fluidzirkulation dient dem Abtransport der Wärme, wobei gleichzeitig Fremdpartikel aus der Displayeinheit herausgeblasen werden können. Die räumliche Trennung der Wärmequelle vom eigentlichen Display führt zur Entzerrung der Temperaturproblematik. Die beidseitige Umströmung des Displayelementes sowie die zumindest einseitige Umströmung der Polarisationsfilter erhöht die zur Verfügung stehende Kühlfläche, so dass die Kühlleistung erhöht ist. Ein erfindungsgemäßes Führungssystem ermöglicht die gleichzeitige Kühlung der Polarisationsfilter und der Lichtquelle, so dass der benötigte Bauraum und die Komplexität des Gesamtsystems reduziert werden. Es ist weiterhin denkbar im oberen Teil des Kraftfahrzeugscheinwerfers einen weiteren Lüfter zu montieren, der das erwärmte Fluid aus dem Kraftfahrzeugscheinwerfer herausbefördert. Weiterhin ist es denkbar, dass zumindest ein Lüfter mit einem Filterelement versehen wird, so dass zugeführtes Fluid frei von Umweltbelastungen in den Kraftfahrzeugscheinwerfer eingeleitet werden kann. Im Rahmen der Erfindung denkbare Lüfterausführungsformen sind Axiallüfter, Radial- bzw. Zentrifugallüfter und Tangential- oder Querstromlüfter.
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Vorteilhaft kann es ebenfalls sein, dass an der Lichtquelle ein Kühlkörper angeordnet ist, insbesondere der Kühlkörper Rippen und/oder Lamellen und/oder gebogene Bleche und/oder Kühlsterne und/oder Kühlfahnen aufweist. Dabei sollte der Kühlkörper aus gut wärmeleitendem Material bestehen, wobei Metall, insbesondere Aluminium oder Kupfer und/oder Federbronze und/oder Stahlblech und/oder Keramik und/oder Kohlenstoffnanoröhren denkbar sind. Insbesondere sind hierbei Kühlkörper aus Aluminium oder Kupfer vorstellbar. Die Vorteile von Aluminium ergeben sich durch den geringen Materialpreis, die leichte Verarbeitung, die geringe Dichte, eine hohe Wärmekapazität sowie eine befriedigende Wärmeleitfähigkeit. Kupfer hingegen hat eine nochmals erhöhte Wärmeleitfähigkeit, so dass die Kühlleistung hierdurch weiter erhöht werden kann. Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper kann dabei massiv oder hohl gefertigt sein. Passive Kühlkörper wirken vorrangig durch Konvektion, d. h. dass das die Umgebungsfluid erwärmt wird, spezifisch leichter wird und damit aufsteigt, wodurch kühleres Gas nachströmt. Die Ausgestaltung von Rippen und/oder Lamellen und/oder gebogenen Blechen und/oder Kühlsternen und/oder Kühlfahnen vergrößert die Wärme abgebende Oberfläche, wodurch Beschädigungen durch Hitze vorgebeugt wird. Vorteilhaft ist, dass der Kühlkörper vertikal montiert wird, so dass der Kamineffekt die Fluidzirkulation unterstützt. Ein erfindungsgemäßer Kühlkörper kann durch Schrauben, Klemmen, Kleben oder Klammern mit einem möglichst geringen Abstand zur Lichtquelle verbunden werden. Dies begünstigt den Wärmeübergang, wobei die Kontaktflächen des Kühlkörpers und der Lichtquelle zueinander plan bzw. zweidimensional eben hergestellt sein sollten. Zum Ausgleich eventueller Unebenheiten und um einen besseren Wärmeübergang von der Lichtquelle zum Kühlkörper herzustellen, wird vor der Montage vorzugsweise eine dünne Schicht Wärmeleitpaste aufgetragen oder Wärmeleitpads verwendet. Auch der Einsatz von Wärmeleitklebern ist hierbei denkbar, wodurch eine innige Verbindung entsteht.
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Des Weiteren ist es denkbar, dass an dem Kühlkörper zumindest ein Wärmeabführelement angeordnet ist, wobei insbesondere an dem Wärmeabführelement zumindest ein zusätzlicher Kühlkörper und/oder Rippen und/oder Lamellen und/oder gebogene Bleche und/oder Kühlsterne und/oder Kühlfahnen und/oder zumindest ein Lüfter angeordnet ist. Durch ein erfindungsgemäßes Wärmeabführelement wird ein Wärmetransport bzw. die Wärmeverteilung verbessert. Gleichzeitig erhöht sich die bereitgestellte Oberfläche des Kühlkörpers, wobei gleichzeitig durch eine variable Anordnung ein kompakter Bauraum ermöglicht ist, um die Wärme zu verteilen. Ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement ermöglicht eine hohe Wärmestromdichte, d. h. dass auf einer kleinen Querschnittsfläche große Wärmemengen transportiert werden können. Ein erfindungsgemäßes Wärmeübertragungselement kann dabei hohl, massiv oder mit weiteren die Oberfläche vergrößernden Bauteilen versehen sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, ein flüssiges Arbeitsmedium in das Wärmeübertragungselement einzufüllen. Der Einsatz eines Lüfters erhöht durch Zuführen von gasförmigen Fluiden die Kühlleistung des Wärmeabführelementes. Unter Lüfter werden erfindungsgemäß sowohl Ventilatoren als auch Gebläse verstanden, so dass sowohl ein Absaugen als auch ein Ansaugen ermöglicht ist.
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Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn zumindest ein Polarisationsfilter Metamaterial aufweist. Derartige Polarisationsfilter bestehen aus einem Array kleiner Mikrodrähte auf einem transparenten Substrat, dass selektiv P polarisiertes Licht transmittiert und S polarisiertes Licht reflektiert. Insbesondere handelt es sich hierbei um Wire-Grid Polarisationsfilter, die sich ideal für Anwendungen, die ein hohes Auslöschungsverhältnis haben, eignet, hohe Betriebstemperaturen oder eine große Bandbreite vom ultravioletten bis zum infraroten Spektrum erfordert. Wire-Grid Polarisationsfilter werden zur linearen Polarisierung von Licht eingesetzt und transmittieren nur eine bestimmte Polarisationsrichtung. Dadurch entsteht der Vorteil, dass die optische Effizienz weiter erhöht wird und gleichzeitig die Wärmeentwicklung vom reflektierten Licht reduziert ist.
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Im Rahmen der Erfindung kann das Fluid eine Flüssigkeit sein, wobei insbesondere die Flüssigkeit in einem Kühlkreislauf zirkuliert. Der Einsatz von Flüssigkeiten in einem Kühlkreislauf ermöglicht, dass direkte Kühlen oder das Kühlen über einen Wärmetauscher. Denkbar sind alle flüssigen Stoffgemische die zum Abtransport von Wärme eingesetzt werden können. Hierbei gilt es zu beachten, dass die optischen Eigenschaften der Polarisationsfilter, des Displayelementes und der Lichtquelle nicht beeinflusst werden sollten. Eine Flüssigkeit in einem Kühlkreislauf ermöglicht die Enthalpie entlang des Temperaturgradienten zu einer Stelle niedriger Temperatur zu transportieren. Beispielhaft sollen an dieser Stelle Kühlwasser, flüssige Metalle, Öle und Alkohol als mögliche flüssige Fluide genannt werden. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz von dielektrischen, nicht brennbaren Wärmetransportflüssigkeiten. Diese zeichnen sich durch geeignete Siede- und Gefrierpunkte, gute Werkstoffverträglichkeit sowie gute elektrische Isolationseigenschaften aus. Darüber hinaus sind derartige Wärmetransportflüssigkeiten nicht brennbar, nicht korrosiv und entsprechen den Umweltanforderungen. Bei der Zirkulationskühlung strömt das flüssige Fluid in einen Kühlkreislauf und dient dem Transport von Wärmeenergie durch Konvektion. Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass der Kühlkreislauf sämtliche Polarisationsfilter sowie das Displayelement als auch die Lichtquelle umfasst. Somit wird eine Kühlung sämtlicher Bauteile die unter der Hitzeeinwirkung stehen ermöglicht, so dass die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert und die Haltbarkeit erhöht ist.
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Dementsprechend kann das Kühlsystem so ausgeführt werden, dass Lichtquelle, Polarisationsfilter und Displayelement mit einer Kühlflüssigkeit umströmt wird. Der Wärmeübergangskoeffizient zwischen einer Grenzfläche der Polarisationsfilter und der Flüssigkeit ist um ein Vielfaches höher als bei Gasen. Dadurch kann die Verlustleistung die in den Polarisationsfiltern und des Displayelementes entsteht gut von der Vorder- und/oder Rückseite abgeleitet werden. Eine effektive Kühlung mit gasförmigen Fluid fordert auf derselben Kühlfläche sehr hohe und schwer zu realisierende Fluidgeschwindigkeiten. Darüber hinaus kann ein erfindungsgemäßer Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer geeigneten Kühlflüssigkeit vor Staub und anderen Umweltbelastungen, wie Schadgasen geschützt werden. Ferner kann die Betriebstemperatur, die bei LCD-Systemen entscheidend für die Funktionalität und die Lebensdauer ist, durch einen Kühlkreislauf überwacht und geregelt werden.
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Im Rahmen der Erfindung kann zumindest der erste Polarisationsfilter und die Displayeinheit und der zumindest zweite Polarisationsfilter ein gemeinsames Gehäuse aufweisen, in dem die Flüssigkeit zirkuliert. Das Gehäuse erhöht den Schutz vor Staub und anderen Umweltbelastungen, da sich durch das Gehäuse ein geschlossenes nach außen hin gekapseltes System bildet. Ein erfindungsgemäßes Gehäuse kann hierbei thermische-leitfähige Kunststoffe, Metalle, Emaille, Glas, Silizium-Kabitt oder eine Kombination der Werkstoffe ausweisen. Durch die Auswahl thermisch-leitender Materialien wirkt die Oberfläche des Gehäuses wie ein Kühlkörper oder Wärmetauscher, sodass hierdurch die Kühlleistung bzw. Wärmeabfuhr erhöht wird.
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Vorteilhaft kann es darüber hinaus sein, dass die Lichtquelle in dem Gehäuse anordbar ist, so dass die Lichtquelle, der zumindest erste Polarisationsfilter und das Displayelement und der zumindest zweite Polarisationsfilter von der Flüssigkeit umströmbar sind. Hierdurch wird unter anderem eine kompakte Bauweise ermöglicht, die gleichzeitig eine optimale Kühlleistung für sämtliche Bauteile realisiert. Das zusätzliche Umströmen der Lichtquelle im selben Kühlkreislauf verringert darüber hinaus die Fresnell Reflektionen an den optischen Grenzflächen und erhöht somit die Gesamteffizienz. Bei der Verwendung von Hochleistungs-SMD LEDs ergeben sich weitere Vorteile bei deren Erwärmung. Auf thermisch optimierte Metallkernleiterplatten (IMS) kann, abhängig von der Verlustleistung und Bauform der LEDs verzichtet werden. Auch die LEDs können vor Umwelteinflüssen besser geschützt werden. Ein separater Kühlkörper für die Lichtquelle ist nicht unbedingt notwendig, kann die Kühlleistung jedoch erhöhen.
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Im Rahmen der Erfindung kann das Gehäuse mit einem Wärmetauscher verbindbar sein, wodurch die Flüssigkeit leitbar ist, wobei insbesondere an dem Wärmetauscher ein Lüfter angeordnet ist. Der Wärmetauscher ermöglicht dabei die Übertragung der thermischen Energie der Flüssigkeit auf einen anderen Stoffstrom. Somit kann die thermische Energie der Flüssigkeit an ein den Wärmetauscher umgebendes Fluid abgegeben werden. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Kühlleistung der Flüssigkeit innerhalb des Kühlkreislaufes wodurch die Temperatur effizienter überwacht und geregelt werden kann. Es ist denkbar, den erfindungsgemäßen Wärmetauscher aus einem Metall, aus Emaille, Kunststoff, Glas, Silizium-Kabitt oder einer Kombination der Werkstoffe herzustellen. Insbesondere ist es denkbar, dass Kupfer und/oder Aluminium und/oder wärmeleitende Kunststoffe aufgrund ihrer guten Wärmeleitfähigkeit zum Einsatz kommen. Der Wärmetauscher kann dabei innerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers angeordnet sein, wodurch sich eine kompakte Bauform ergibt. Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, den Wärmetauscher außerhalb des Scheinwerfers anzuordnen. Auf diese Weise kann eine thermische Entzerrung erreicht werden, da die thermische Energie aus dem Scheinwerfer herausgefördert wird. Insbesondere ist es denkbar, dass der Wärmetauscher ebenfalls mit einem Fluid umströmbar ist, sodass ein Temperaturaustausch ermöglicht wird, wodurch die Kühlleistung gesteigert werden kann. Weiterhin ist es denkbar, den Wärmetauscher mit einem Kühlkreislauf eines Fahrzeugs zu verbinden. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn der Wärmetauscher an ein Wärmemanagementsystem eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs angeschlossen ist. Hierbei kann die thermische Energie beispielsweise zur Temperierung eines Batteriesystems genutzt werden. Dieser Effekt ist besonders beim Einsatz von Festkörperbatterien (Zebrabatterien) von Vorteil, da diese Batterien auf eine bestimmte Betriebstemperatur gebracht werden um die volle Leistung bereitstellen zu können. Darüber hinaus ist es denkbar, einen Kühlkörper am Gehäuse anzuordnen, der für eine Wärmeabfuhr außerhalb des Gehäuses sorgt.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Zirkulation der Flüssigkeit innerhalb des Kühlkreislaufes durch eine Pumpe realisiert werden, die insbesondere zwischen dem Wärmetauscher und dem Gehäuse angeordnet ist. Hierdurch wird ein stetiger Austausch der Flüssigkeit zwischen dem Gehäuse und dem Wärmetauscher hergestellt, so dass die Temperatur der Flüssigkeit an die benötigte Kühlleistung angepasst werden kann.
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Ferner ist es denkbar, dass an dem Wärmetauscher ein Lüfter angeordnet ist, der ein gasförmiges Fluid zum Wärmetauscher hin oder vom Wärmetauscher weg befördert. Dadurch wird die Kühlleistung des Wärmetauschers weiter erhöht, so dass der Austausch der thermischen Energie zwischen der Flüssigkeit und dem Wärmetauscher weiter verbessert ist.
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Erfindungsgemäß kann an zumindest einem Polarisationsfilter ein wärmeleitendes transparentes Substrat, insbesondere ein Saphirglas, angeordnet sein. Das Aufbringen der Polarisationsfilter auf ein wärmeleitendes transparentes Substrat hat den Vorteil, dass eventuelle besonders hitzebeanspruchte Teilflächen der Polarisationsfilter (Hotspots) und somit die punktuelle Belastung der Polarisationsfilter verringert wird. Der Einsatz von Saphirglas hat den Vorteil, dass dieser für Isolierstoffe vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, die bei niedrigen Temperaturen stark an und bei höheren Temperaturen absinkt. Darüber hinaus ist Saphirglas weniger schlagempfindlich als herkömmliches Quarz- oder Mineralglas und hat eine sehr hohe Lichtbrechung, sowie eine optimale Lichtdurchlässigkeit. Demensprechend ist der Wärmeübergangskoeffizient zwischen den Grenzflächen der Polarisationsfilter deutlich erhöht, so dass die Verlustleistung an den Polarisationsfiltern besser abtransportiert werden kann.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumliche Anordnung, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 schematisch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers,
- 2 schematisch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers,
- 3 schematisch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers,
- 4 schematisch eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers und
- 5 einen Polarisationsfilter auf einem wärmeleitenden transparenten Substrat.
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Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers 10. Dieser weist eine Displayeinheit 20 mit einem ersten Polarisationsfilter 21, einem Displayelement 23 und einem zweiten Polarisationsfilter 22 auf. Das Displayelement 23 ist hierbei zwischen dem ersten Polarisationsfilter 21 und dem zweiten Polarisationsfilter 22 beabstandet angeordnet, so dass zwischen dem Displayelement 23 und dem ersten und dem zweiten Polarisationsfilter 21, 22 jeweils ein Kühlkanal 40 sich bildet, durch den ein Fluid 41 strömbar ist. Wie aus der 1 zu erkennen ist, umströmt das Fluid 41 sowohl die Polarisationsfilter 21 und 22 sowie das Displayelement 23 beidseitig, so dass sämtliche Oberflächen gekühlt werden. Die Lichtquelle 30 zur Emittierung von Licht in Richtung der Displayeinheit 20 ist beabstandet zum ersten Polarisationsfilter 21 angeordnet. Darüber hinaus ist an der Lichtquelle 30 ein Kühlkörper 60 angeordnet. Der Lüfter 50 befördert ein Fluid 41 entlang des Führungssystems 51 sowohl in Richtung Displayeinheit 20 als auch in Richtung Kühlkörper 60, so dass eine Zirkulation des Fluides 41 innerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 entsteht. Weiterhin sind schematisch Rippen an dem Kühlkörper 60 dargestellt, die zur Vergrößerung der Oberfläche des Kühlkörpers 60 dienen. Die Lichtquelle 30 emittiert Licht in Richtung des ersten Polarisationsfilter 21, der komplementär polarisiertes Licht in Richtung Displayelement 23 absorbiert, so dass bei angelegter elektrischer Spannung an dem Displayelement 23 die Ausrichtung der Flüssigkristalle des Displayelements 23 die Durchlässigkeit für das polarisierte Licht verändert. Die Flüssigkristalle beeinflussen dadurch die Polarisationsrichtung des Lichtes, dass nach Austritt des Displayelements 23 durch den zweiten Polarisationsfilter 22 emittiert wird. Das somit ausgegebene Licht kann zur Beleuchtung der Umwelt außerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 genutzt werden.
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Das Führungssystem 51 ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass das Fluid 41 gezielt an einen gewünschten Ort innerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 gelenkt wird. Hierbei ist es außerdem denkbar, dass das Führungssystem 51 verstellbar ausgeführt ist, so dass die Förderrichtung des Fluides 41 im Betrieb veränderbar ist. Gemäß 1 wird ein Lüfter 50 im unteren Bereich des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 angeordnet, wobei der Lüfter 50 ein Fluid 41 in Richtung des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 befördert, so dass das erwärmte Gas in den oberen Teil des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 befördert wird.
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Der Abstand zwischen dem Displayelement 23 und den Polarisationsfiltern 21, 22 kann erfindungsgemäß von wenigen Millimetern bis einigen Zentimetern variieren. Dabei kann der Abstand vom ersten Polarisationsfilter 21 zum Displayelement 23 unterschiedlich zu dem Abstand zwischen dem Displayelement 23 und zumindest zweiten Polarisationsfilter 22 sein, so dass dementsprechend auch der Kühlkanal 40 in seiner Breite variabel ist.
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In der 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 gezeigt, bei dem im Vergleich zu der ersten Ausführungsform (1) zusätzlich ein Wärmeabführelement 61 an dem Kühlkörper 60 angeordnet ist. Darüber hinaus ist an dem Wärmeabführelement 61 ein Lüfter 50 angeordnet, der das Fluid 41 vom Wärmeabführelement 61 in Richtung Displayeinheit 20 befördert. Diese Ausführungsform ermöglicht einen kompakteren Bauraum, daher der Kühlkörper 60 an der Lichtquelle 30 deutlich verkleinert dimensioniert ist und das Wärmeabführelement 61 variabel innerhalb des Bauraums anordbar ist. Des Weiteren ist es hierbei denkbar, dass weitere Wärmeabführelemente 61 an dem Kühlkörper 60 und/oder an der Displayeinheit 20 angeordnet werden. Auch eine Mehrzahl von Lüftern 50 wie sie in dem ersten Ausführungsbeispiel (1) erläutert wurden, ist bei der zweiten Ausführungsform denkbar. Ein erfindungsgemäßes Führungssystem 51 kann die Zirkulation des Fluides 41 innerhalb des Kraftfahrzeugsystems auch in der zweiten Ausführungsform weiter verbessern. Bei dem Lüfter 50 der zweiten Ausführungsform handelt es sich um einen Axiallüfter, der das Fluid 41 in vertikaler Richtung innerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 verdichtet und befördert. Durch eine Anpassung der Fördergeschwindigkeit des Lüfters 50 kann die Kühlleistung sowohl an dem Wärmeabführelement 61 als auch an der Displayeinheit 20 optimiert werden. Beispielhaft sind in 2 erfindungsgemäße Lamellen an dem Wärmeabführelement 61 dargestellt, die derart angeordnet sind, dass der Kamineffekt vergrößert wird und den Transport des Fluides 41 positiv beeinträchtigt. Es ist denkbar, das Wärmeabführelement 61 auch oberhalb der Displayeinheit 20 anzuordnen und den Lüfter 50 unmittelbar auf oder beabstandet von dem Wärmeabführelement 61 anzuordnen. Darüber hinaus kann durch Anzahl und Dimensionierung der Lüfter 50 die Fördermenge und/oder die Fördergeschwindigkeit des Fluides 41 innerhalb des Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 beeinflusst und gesteuert werden. Dies ermöglicht eine Regulierung der Betriebstemperatur der Displayeinheit 20 und/oder der Polarisationsfilter 21, 22 entsprechend der Betriebsbedingungen, wodurch z. B. auch der Energieverbrauch beeinflusst werden kann.
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Die 3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers 10, bei der das Fluid 41 eine Flüssigkeit 41 ist. Die Displayeinheit 20 ist hierbei in einem gemeinsamen Gehäuse 24 untergebracht, worin das Fluid 41 strömt. Hierbei umströmt das Fluid 41 das Displayelement 23 beidseitig und die Polarisationsfilter 21, 22 einseitig. Weiterhin ist ein Wärmetauscher 62 zu erkennen, der zusammen mit dem Gehäuse 24 derart verbunden ist, dass sich ein Kühlkreislauf 52 bildet. Entsprechend der 3 wird das Fluid 41 mittels Pumpe 53 zwischen dem Gehäuse 24 und dem Wärmetauscher 62 befördert. Es ist hierbei denkbar, dass an der Lichtquelle 30 ein Kühlkörper 60 angeordnet ist, der derart gestaltet ist, dass das Fluid 41 durch den Kühlkörper 60 hindurch beförderbar ist. An dem Wärmetauscher 62 ist ein Lüfter 50, hier als Axiallüfter 50 ausgeführt, angeordnet, der Gas in Richtung Wärmetauscher 62 befördert, und somit die Konvektionsleistung des Wärmetauschers 62 erhöht. Thermisch optimal ist es, wenn das Fluid 41 vertikal durch das Gehäuse 24 befördert wird, so dass das niedriger temperierte Fluid 41 von einer unteren Position der Displayeinheit 20 zu einer oberen Position der Displayeinheit 20 befördert wird und von da aus in Richtung Wärmetauscher 62 geleitet wird. Dementsprechend ergibt sich ein thermisch optimierter Kühlkreislauf 52, bei dem die Kühlleistung effizient ausgenutzt wird. Das Gehäuse 24 ist hierbei derart gekapselt ausgestaltet, dass dieses komplett gegenüber der Umwelt verschlossen ist, so dass keine Fremdpartikel in die Displayeinheit 20 eindringen können. Somit verringert sich die Beeinflussung der Haltbarkeit durch das Eindringen von Schadstoffen, das zu einer Zerstörung der Displayeinheit 20 führen kann.
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In der 4 ist eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugscheinwerfers 10 gezeigt, wobei die Lichtquelle 30 zusätzlich in dem Gehäuse 24 angeordnet ist, so dass die Lichtquelle 30, der zumindest erste Polarisationsfilter 21 und das Displayelement 23 und der zumindest zweite Polarisationsfilter 22 von der Flüssigkeit 41 umströmbar sind. Hierbei wird der erste Polarisationsfilter 21 und das Displayelement 23 beidseitig mit der Flüssigkeit 41 umströmt und somit gekühlt. Der zweite Polarisationsfilter 22 und die Lichtquelle 30 werden hierbei zumindest einseitig von der Flüssigkeit 41 umströmt und gekühlt. Das Gehäuse 24 ist hierbei vergrößert gegenüber den anderen Ausführungsformen, so dass die Lichtquelle 30 untergebracht werden kann. Auch hierbei wird ein Kühlkreislauf 52 dadurch gebildet, dass das Gehäuse 24 mit einem Wärmetauscher 62 derart verbunden ist, dass die Flüssigkeit 41 mit einer Pumpe 53 zwischen dem Gehäuse 24 und dem Wärmetauscher 62 hin und her befördert wird. Gemäß der 4 ist an dem Wärmetauscher 62 ein Axiallüfter 50 angeordnet, der ein gasförmiges Fluid 41 in vertikaler Richtung entlang des Wärmetauschers 62 befördert. Darüber hinaus ist es denkbar, einen Kühlkörper 50 an der Lichtquelle 30 derart anzuordnen, dass auch dieser durch das Fluid 41 zumindest einseitig umströmt und gekühlt wird. Auch ist es denkbar, dass auf den Einsatz einer Pumpe 53 verzichtet werden kann. Das Gehäuse 24 kann nach einem weiteren Erfindungsgedanken derart ausgestaltet werden, dass das Gehäuse 24 als Wärmetauscher 62 ausgeführt ist. Dadurch wird ein noch kompakterer Bauraum ermöglicht, wobei gleichzeitig eine ausreichende Kühlleistung erzielbar ist.
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In der 5 ist ein Polarisationsfilter 21, 22 gezeigt, der auf einem wärmeleitenden transparenten Substrat 70 aufgebracht ist. Weiterhin zu erkennen ist, dass durch das Auftreffen von Licht lediglich auf einer Teilfläche 80 des Polarisationsfilters 21, 22, deutlich höher temperierte Teilflächen 80 auf den Polarisationsfiltern 21, 22 entstehen können. Das Aufbringen auf ein transparentes wärmeleitendes Substrat 70, insbesondere Saphirglas, ermöglicht die punktuelle Temperaturbelastung der Polarisationsfilter zu verringern und die Temperaturproblematik damit zu entzerren. Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass zumindest ein Polarisationsfilter 21 mit einem derartigen wärmeleitenden transparenten Substrat 70 versehen ist, so dass die Haltbarkeit und Ausfallwahrscheinlichkeit durch eine verbesserte Wärmeverteilung 81 optimiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeugscheinwerfer
- 20
- Displayeinheit
- 21
- Polarisationsfilter
- 22
- Polarisationsfilter
- 23
- Displayelement
- 30
- Lichtquelle
- 40
- Kühlkanal
- 41
- Fluid
- 50
- Lüfter
- 51
- Führungssystem
- 52
- Kühlkreislauf
- 53
- Pumpe
- 60
- Kühlkörper
- 61
- Wärmeabführelement
- 62
- Wärmetauscher
- 70
- wärmeleitendes-transparentes Substrat
- 80
- Teilfläche
- 81
- Wärmeverteilung