DE102007037862A1 - Heating arrangement, used on LED arrays, improved cooling performances at high oscillation frequencies - Google Patents

Heating arrangement, used on LED arrays, improved cooling performances at high oscillation frequencies Download PDF

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    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Abstract

The heating arrangement consists of a membrane pump (1) for pumping of cooling medium, with the membrane (3) of the membrane pump being regulatable to magnetic oscillations. The membrane pump is designed such that is operates at an oscillation frequency of at least 20 kHz and as high as 200 Hz. The membrane pump may have a piezo-electric membrane or an electro-mechanical membrane and may have an inlet and outlet valve (4, 5) for controlling the flow of cooling medium.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entwärmungsanordnung sowie ein Verfahren zur Entwärmung.The The invention relates to a cooling arrangement and a method for cooling.

Leuchtdioden (LEDs = light emitting diodes) werden in der kommenden Zeit an vielen Stellen herkömmliche Lampen wie beispielsweise Glühbirnen ersetzen, da sie gegenüber diesen eine Reihe von Vorteilen aufweisen. So sind Leuchtdioden wesentlich kleiner als Glühlampen, weisen weiterhin eine wesentlich höhere Lebensdauer auf und haben schließlich sogar noch einen erheblich höheren Wirkungsgrad. Der Einsatz von Leuchtdioden verspricht daher, erhebliche Mengen an Geld und Energie einzusparen.LEDs (LEDs = light emitting diodes) will be in the coming time at many Make conventional Replace bulbs like bulbs, because they are opposite These have a number of advantages. So are light emitting diodes much smaller than incandescent lamps, continue to have a much longer life and finally have even still a much higher one Efficiency. The use of light-emitting diodes therefore promises considerable Saving money and energy.

Werden Leuchtdioden in Lampen eingesetzt, die eine erhebliche Leuchtstärke benötigen, beispielsweise Frontscheinwerfer für Automobile oder Raumbeleuchtungen, so fällt trotz der sehr guten Lichtausbeute der Leuchtdioden eine erhebliche Menge an Verlustwärme an. Um die Lebensdauer der Leuchtdioden nicht negativ zu beeinflussen, ist es notwendig, diese nicht allzu heiß werden zu lassen. Eine Betriebstemperatur von ca. 150°C sollte nicht überschritten werden. Dadurch ergibt sich gegenüber Glühlampen das Problem, dass ein Abtransport der Verlustwärme von den Leuchtdioden nicht über thermische Strahlung erfolgen kann wie beispielsweise bei Glühbirnen. Die Verlustwärme der Leuchtdioden muss anderweitig abtransportiert werden.Become Light-emitting diodes used in lamps that require significant luminosity, for example Headlight for Automobiles or room lighting, so falls despite the very good light output the LEDs on a significant amount of heat loss. In order not to adversely affect the life of the LEDs, it is necessary not to let them get too hot. An operating temperature of about 150 ° C should not be exceeded become. This results in the problem that incandescent lamps Removal of heat loss from the LEDs do not over Thermal radiation can be done as for example in light bulbs. The heat loss The LEDs must be removed elsewhere.

Im Bereich der Frontscheinwerfer für Automobile ist es bekannt, die Leuchtdioden mit Kühlkörpern aus Aluminium oder Kupfer zu verbinden, und die Kühlkörper wiederum mit aufgesetzten Lüftern zu kühlen. Dabei ist nachteilig, dass hochtemperaturtaugliche Lüfter erforderlich sind. Gegen den Einsatz der beschriebenen Kühlform in Lampen mit Leuchtdioden für beispielsweise eine Raumbeleuchtung spricht, dass der Lüfter im Betrieb störende Geräusche produziert.in the Area of the headlights for Automobile it is known, the light emitting diodes with heat sinks Aluminum or copper to connect, and the heat sink in turn with attached fans to cool. It is disadvantageous that high temperature suitable fan required are. Against the use of the described cooling form in lamps with light-emitting diodes for example A room lighting speaks that the fan produces disturbing noises during operation.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, eine Entwärmungsanordnung sowie ein Verfahren zur Entwärmung anzugeben, bei denen die oben genannten Nachteile vermieden werden.The The problem underlying the invention is to provide a Entwärmungsanordnung and a method for cooling indicate where the above-mentioned disadvantages are avoided.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Entwärmungsanordnung durch eine Entwärmungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.These The task is with regard to the Entwärmungsanordnung by a Entwärmungsanordnung solved with the features of claim 1. Regarding the procedure The object is achieved by a method having the features of claim 15 solved. The dependent ones claims relate to advantageous embodiments and developments of the invention.

Die erfindungsgemäße Entwärmungsanordnung weist eine Membranpumpe zum Pumpen eines Kühlmediums auf. Die Membran der Membranpumpe ist elektromagnetisch zu Schwingungen anregbar.The Inventive cooling arrangement has a diaphragm pump for pumping a cooling medium. The membrane The diaphragm pump is electromagnetically excitable to vibrations.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Entwärmung wird ein Kühlmedium mittels einer Membranpumpe durch eine Entwärmungsanordnung gepumpt. Die Membran der Membranpumpe wird elektromagnetisch zu Schwingungen angeregt.at the method according to the invention for cooling becomes a cooling medium pumped by a membrane pump through a Entwärmungsanordnung. The Membrane of the diaphragm pump is electromagnetically to vibrations stimulated.

Der Begriff Entwärmung wird hierin als Synonym für den Begriff Kühlung verwendet.Of the Term cooling is herein synonymous with the term cooling used.

Bei dem Kühlmedium kann es sich um eine Flüssigkeit, beispielsweise um einen Alkohol wie Ethanol oder Wasser handeln. Auch Flüssigkeitsgemische kommen in Frage. Ebenso kann es sich um ein Gas, beispielsweise Umgebungsluft handeln. Eine weitere Möglichkeit für das Kühlmedium besteht in einem 2-Phasen-Kühlmedium. Dieses erfordert einen geschlossenen Kühlkreislauf und wechselt in diesem Kreislauf den Zustand zwischen flüssig und gasförmig.at the cooling medium it can be a liquid For example, to act an alcohol such as ethanol or water. Also liquid mixtures come into question. It can also be a gas, for example Ambient air act. Another possibility for the cooling medium consists in a 2-phase cooling medium. This requires a closed cooling circuit and changes in this Circulation the state between liquid and gaseous.

Das Kühlmedium wird erfindungsgemäß von einer Membranpumpe bewegt, wobei die Bewegung für eine Kühlung bzw. Entwärmung eines Elements wie beispielsweise eines Leuchtdioden-Arrays sorgt. Bei einer Membranpumpe handelt es sich um eine Form der Verdrängungspumpe, der beispielsweise auch Kolbenpumpen angehören. Aus dem Stand der Technik bekannt sind Membranpumpen mit beispielsweise hydraulisch bewegten, metallischen Membranen.The cooling medium is inventively of a Moved diaphragm pump, the movement for cooling or cooling of a Elements such as a light-emitting diode array provides. at a diaphragm pump is a form of displacement pump, which, for example, also include piston pumps. From the state of the art diaphragm pumps are known, for example, with hydraulically moved, metallic membranes.

Erfindungsgemäß wird die Membran der Membranpumpe jedoch elektromagnetisch zu Schwingungen angeregt, wobei die Schwingungen das Kühlmedium verdrängen und ansaugen und dadurch pumpen. Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass die elektromagnetisch zu Schwingungen anregbare Membran der Membranpumpe einen besonders einfachen Pumpenaufbau zulässt, da die elektromagnetische Anregung auf sehr einfache Weise beispielsweise über eine Wechselspannung erfolgen kann. Weiterhin können durch den Fluss des Kühlmediums beispielsweise vorhandene Kühlkörper deutlich kleiner als bei freier Konvektion dimensioniert werden, was insbesondere deren Gewicht deutlich verringern würde.According to the invention Membrane of the diaphragm pump, however, electromagnetically to vibrations stimulated, wherein the oscillations displace the cooling medium and suck in and thereby pump. An advantage of the invention is that the Electromagnetically vibratable diaphragm of the diaphragm pump a particularly simple pump design allows, as the electromagnetic Excitation in a very simple manner, for example via an AC voltage can. Furthermore you can by the flow of the cooling medium, for example existing heatsink significantly smaller than to be dimensioned in free convection, which in particular whose weight would be significantly reduced.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Membranpumpe ausgestaltet, mit einer Schwingungsfrequenz von wenigstens 20 kHz zu arbeiten. Die hohe Schwingungsfrequenz sorgt zum einen für einen hohen Durchfluss des Kühlmediums und daher für eine hohe Kühlleistung. Zum anderen sind bei der hohen Schwingungsfrequenz die durch die Membran verursachten Geräusche für ein menschliches Gehör unhörbar. Das bedeutet, dass eine Lärmbelästigung, wie sie beispielsweise bei der Verwendung von Lüftern auftritt, vermieden wird.In An advantageous embodiment of the invention is the diaphragm pump configured, with a vibration frequency of at least 20 kHz to work. The high vibration frequency ensures on the one hand for a high flow of the cooling medium and therefore for a high cooling capacity. On the other hand, at the high vibration frequency by the Membrane caused noise for a human Hearing inaudible. The means that noise pollution, as occurs for example when using fans, is avoided.

Alternativ ist die Membranpumpe ausgestaltet, mit einer Schwingungsfrequenz von unterhalb 100 Hz zu arbeiten. Die niedrige Schwingungsfrequenz erlaubt große Amplituden und ermöglicht dabei einen hohen Durchfluss des Kühlmediums. Durch die niedrige Schwingungsfrequenz sind die durch die Membran verursachten Geräusche für ein menschliches Gehör kaum hörbar oder werden, im Gegensatz zur Geräuschentwicklung des Lüfters, als wenig störend empfunden.alternative the diaphragm pump is designed with a vibration frequency to work from below 100 Hz. The low vibration frequency allowed big Amplitudes and allows doing a high flow of the cooling medium. By the low Oscillation frequency is the noise caused by the membrane for a human Hardly heard audible or, in contrast to the noise of the fan, as little disturbing felt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung weist die Membranpumpe eine elektromechanische Membran auf. Diese kann beispielsweise derart aufgebaut sein, dass die Membran unter anderem eine Spule aufweist, die sich im Magnetfeld eines neben der Membran platzierten Permanentmagneten befindet. Die Spule ist mittels einer Wechselspannung zu Schwingungen anregbar.In a further advantageous embodiment and development of Invention, the diaphragm pump has an electromechanical membrane on. This can for example be constructed such that the membrane has a coil, inter alia, in the magnetic field of a located next to the membrane permanent magnets. The sink is excitable by means of an AC voltage to vibrations.

Alternativ kann in der Membranpumpe auch eine piezoelektrische Membran verwendet werden. Sie weist in diesem Fall ein Material auf, beispielsweise ein Ferroelektrikum, das einen inversen piezoelektrischen Effekt zeigt, d. h. sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung verformt. Die piezoelektrische Membran wird beispielsweise durch direkte Speisung mit einer Wechselspannung zu Schwingungen angeregt.alternative it is also possible to use a piezoelectric diaphragm in the diaphragm pump become. It has a material in this case, for example a ferroelectric having an inverse piezoelectric effect shows, d. H. deformed upon application of an electrical voltage. The piezoelectric membrane is, for example, by direct supply excited to oscillate with an alternating voltage.

Beide Typen von elektromagnetisch zu Schwingungen anregbaren Membranen sind von einfachem Aufbau und in einfacher Weise betreibbar. Weiterhin erlauben sie einen Betrieb mit hohen Frequenzen, der wiederum die Geräuscherzeugung im für Menschen wahrnehmbaren Spektrum minimiert. Vor allem piezoelektrische Membranen weisen dabei eine hohe Zuverlässigkeit, d. h. Lebensdauer bei einer geringen Leistungsaufnahme, also einem geringen Energieverbrauch auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da der Energieverbrauch auch eine geringe Entwicklung von eigener Abwärme bedeutet, die das Ergebnis der Entwärmung verschlechtern würde.Both Types of electromagnetically vibratable membranes are of simple construction and easy to operate. Farther they allow operation at high frequencies, which in turn the noise generation im for People's perceived spectrum is minimized. Especially piezoelectric Membranes have a high reliability, d. H. lifespan at a low power consumption, so a low energy consumption on. This is particularly advantageous because of energy consumption Even a low development of own waste heat means the result the heat dissipation would worsen.

Auch weitere Formen von elektromagnetisch zu Schwingungen anregbaren Membranen können in der Membranpumpe eingesetzt werden. So kann auch beispielsweise eine ferromagnetische Membran von einer Spule in Verbindung mit einem Permanentmagneten betrieben werden.Also other forms of electromagnetically excitable to vibrations Membranes can be used in the diaphragm pump. So can, for example a ferromagnetic membrane from a coil in conjunction with be operated a permanent magnet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Entwärmungsanordnung ein Einlassventil zur Steuerung des Flusses des Kühlmediums auf. Das Einlassventil erlaubt dabei den Zutritt von Kühlmedium in einen Pumpraum, nicht aber den Austritt, wobei der Innendruck des Pumpraums von der Membran durch ihre Schwingungen variiert wird. Alternativ oder zusätzlich weist die Entwärmungsanordnung ein Auslassventil auf. Dieses verhindert den Zutritt, erlaubt aber den Austritt des Kühlmediums aus dem Pumpraum in beispielsweise einen zu kühlenden Bereich oder eine Leitung für das Kühlmedium. Insbesondere ist es auch möglich, mehrere Einlass- und/oder Auslassventile zu verwenden, die sich beispielsweise in ihrer Funktion ergänzen.According to one further advantageous embodiment of the invention, the Entwärmungsanordnung an inlet valve for controlling the flow of the cooling medium on. The inlet valve allows the access of cooling medium in a pump room, but not the outlet, the internal pressure of the pumping space is varied by the membrane by its vibrations. Alternatively or in addition has the cooling arrangement an exhaust valve on. This prevents access, but allows the exit of the cooling medium from the pump room in, for example, a region to be cooled or a pipe for the Cooling medium. In particular, it is also possible to use multiple intake and / or exhaust valves that are For example, in their function complement.

Je nach baulichen Gegebenheiten der Entwärmungsanordnung ist es möglich, dass die Schwingungen der Membran dem Kühlmedium nicht ohne weiteres eine Flussrichtung vorgeben. Das oder die Ventile zwingen jedoch dem Kühlmedium eine Flussrichtung auf, erzeugen also eine forcierte Konvektion beispielsweise durch einen Kühlkörper mit Kühlrippen, wodurch die Effizienz der Entwärmung deutlich verbessert wird.ever After structural conditions of the Entwärmungsanordnung it is possible that the vibrations of the membrane to the cooling medium not readily specify a flow direction. However, the valve or valves force the cooling medium a Flow direction, so generate a forced convection, for example through a heat sink with Cooling fins, thus reducing the efficiency of cooling is significantly improved.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, als Einlass- und/oder Auslassventil aktive, insbesondere piezomechanische Ventile zu verwenden. Diese sind besonders schnell ansteuerbar und betreibbar und erlauben damit einen Betrieb mit sehr hohen Schwingungsfrequenzen, der wiederum die Geräuschbelastung vermindert und den Durchfluss erhöht.there It is particularly advantageous as an inlet and / or outlet valve to use active, in particular piezo-mechanical valves. These are particularly fast to control and operate and thus allow an operation with very high vibration frequencies, in turn the noise level decreases and increases the flow.

Bevorzugt wird als Kühlmedium Luft verwendet. Hierdurch wird erreicht, dass kein geschlossener Kreislauf für das Kühlmedium aufgebaut werden muss, sondern Luft aus der Umgebung zur Kühlung verwendet werden kann und auch wieder an die Umgebung abgegeben werden kann. Dadurch wiederum wird ein wesentlich vereinfachter Aufbau für die Entwärmungsanordnung erreicht.Prefers is used as a cooling medium Air used. This ensures that no closed circuit for the cooling medium must be built, but air from the environment used for cooling can be and can be given back to the environment. This in turn becomes a much simpler structure for the Entwärmungsanordnung reached.

Die Entwärmungsanordnung bzw. das Verfahren zur Entwärmung lässt sich vorteilhaft in einem Beleuchtungssystem mit einer oder mehreren Leuchtdioden, beispielsweise einem sogenannten Leuchtdioden-Array, verwenden. Das Leuchtdioden-Array wird dabei mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Entwärmungsan ordnung bzw. mit einem der vorbeschriebenen Verfahren zur Entwärmung entwärmt.The Entwärmungsanordnung or the method for cooling let yourself advantageous in a lighting system with one or more light-emitting diodes, for example, a so-called light-emitting diode array use. The light-emitting diode array is thereby order with at least one Entwärmungsan invention or with one of the methods described above for cooling.

Beispiele für solche Beleuchtungssysteme sind eine Innenraumlampe mit einem Leuchtdioden-Array oder ein Automobil-Frontscheinwerfer, ebenfalls mit Leuchtdioden-Array.Examples for such Lighting systems are an interior lamp with a light-emitting diode array or an automobile headlight, also with a light-emitting diode array.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der Verwendung im Automobil-Frontscheinwerfer die Membranpumpe und die Leuchtdioden räumlich voneinander abgesetzt sind und ein hinführender Schlauch für einen Hintransport des Kühlmediums von der Membranpumpe zu den Leuchtdioden vorgesehen ist. Hierdurch wird einerseits erreicht, dass Luft, die nicht bereits von den Leuchtdioden erwärmt ist, also Außenluft, zu den Leuchtdioden hin transportiert wird und diese effizient kühlt. Andererseits wird verhindert, dass Verschmutzungen in den Scheinwerfer eingebracht werden.It is particularly advantageous if the diaphragm pump and the light-emitting diodes are spatially offset from one another during use in the automobile headlight and a leading hose is provided for transporting the cooling medium from the diaphragm pump to the light-emitting diodes. As a result, on the one hand, it is achieved that air which is not already heated by the light-emitting diodes, that is to say outside air, is transported to the light-emitting diodes and cools them efficiently. On the other hand prevents contamination is introduced into the headlight.

Bevorzugt wird zusätzlich ein wegführender Schlauch für einen Abtransport des Kühlmediums von den Leuchtdioden verwendet. Hierdurch wird zusätzlich die Effizienz der Entwärmung verbessert. Das Kühlmedium, das nach dem Passieren der Leuchtdioden erwärmt ist, wird über den wegführenden Schlauch aus dem Frontscheinwerfer entfernt. Dadurch werden der gesamte Frontscheinwerfer und dadurch auch die Leuchtdioden insgesamt besser gekühlt. Zweckmäßig ist hierbei das System aus Schläuchen, Leuchtdioden-Array und Membranpumpe geschlossen gegenüber dem sonstigen Innenraum des Frontschweinwerfers. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass im Gegensatz zur Verwendung von Lüftern gemäß dem Stand der Technik nur die vergleichsweise kühle Luft von außerhalb des Scheinwerfers, d. h. außerhalb des Automobils zur Kühlung verwendet wird. Die Lüfter im Stand der Technik wälzen hingegen lediglich die vergleichweise warme Luft im Inneren des Scheinwerfers um bzw. erlauben die Aufwärmung der Luft beim Eintritt in den Schweinwerfer, bevor die Luft zu den Kühlrippen vordringt. Die verbesserte Effizienz der Entwärmung kann dazu verwendet werden, den Aufwand für die Entwärmung zurückzuschrauben und/oder für geringere Temperaturen des Leuchtdioden-Arrays zu sorgen, die zu einer höheren Lebensdauer der Leuchtdioden führen.Prefers will be added a hose leading away for one Removal of the cooling medium from used the light emitting diodes. This also improves the efficiency of the cooling. The Cooling medium, which is heated after passing through the light emitting diodes, is over the leading away Hose removed from the headlight. This will be the entire headlamp and thus the LEDs as a whole better cooled. Is appropriate here the system of hoses, Light-emitting diode array and diaphragm pump closed against the Other interior of the front-end pommel. Especially advantageous Here is that, in contrast to the use of fans according to the state the technology only the comparatively cool air from outside the headlamp, d. H. outside of the automobile for cooling is used. The fans to roll in the prior art however, only the comparatively warm air inside the Headlights around or allow the warming of the air at the entrance into the pigtail before the air penetrates to the cooling fins. The improved Efficiency of cooling can be be used to reduce the cost of the heat dissipation and / or for less Temperatures of the light-emitting diode array to ensure, resulting in a longer life lead the LEDs.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigen:Further Advantages and details of the invention will be apparent from in the Drawing illustrated embodiments explained. Showing:

1 eine Membranpumpe mit elektromagnetisch anregbarer Membran; 1 a diaphragm pump with electromagnetically excitable membrane;

2 ein Leuchtdioden-Array mit Kühlrippen und einer Membranpumpe zur Kühlung; 2 a light-emitting diode array with cooling fins and a diaphragm pump for cooling;

3 einen Automobil-Frontscheinwerfer mit einem Leuchtdioden-Array und einem Entwärmungssystem; und 3 an automotive headlamp with a light emitting diode array and a cooling system; and

4 ein ventilloses Entwärmungssystem. 4 a valveless cooling system.

Das erste Ausführungsbeispiel gemäß 1 zeigt einen möglichen prinzipiellen Aufbau für eine Membranpumpe 1 zur Entwärmung. Die Membranpumpe 1 weist dabei einen Pumpraum 2 auf, der an einer Seite von einer elektromechanischen Membran 3 begrenzt ist. Die elektromechanische Membran 3 weist eine in 1 nicht gezeigten Spule auf. Weiterhin ist – ebenfalls nicht in 1 dargestellt – ein Permanentmagnet neben der Membran 3 vorgesehen. Die Spule, die sich im Magnetfeld des Elektromagneten befindet, wird per Anlegen einer Wechselspannung zu Schwingungen angeregt. Die Frequenz der Wechselspannung steuert die Frequenz der Schwingungen der elektromechanischen Membran 3. An einer weiteren Seite des Pumpraums 2 befindet sich ein piezomechanisches Einlassventil 4. Weiterhin weist der Pumpraum 2 ein piezomechanisches Auslassventil 5 auf. Das Einlass- und das Auslassventil 4, 5 werden mittels der Wechselspannung, mit der die elektromechanische Membran 3 zu Schwingungen angeregt wird, derartig mitgesteuert, dass die Schwingungen der elektromechanischen Membran 3 Luft über das Einlassventil 4 ansaugen in den Pumpraum 2 und über das Auslassventil 5 hinausdrücken aus dem Pumpraum 2. Luft wird daher aus einem Außenluftbereich 6 angesaugt und nach Durch gang durch den Pumpraum 2 von der Membranpumpe 1 in einen Kühlbereich 7 hineingedrückt.The first embodiment according to 1 shows a possible basic structure for a diaphragm pump 1 for cooling. The diaphragm pump 1 has a pump room 2 on, on one side of an electromechanical membrane 3 is limited. The electromechanical membrane 3 has an in 1 not shown on coil. Furthermore - also not in 1 shown - a permanent magnet next to the membrane 3 intended. The coil, which is located in the magnetic field of the electromagnet, is excited by applying an alternating voltage to vibrate. The frequency of the AC voltage controls the frequency of the oscillations of the electromechanical membrane 3 , On another side of the pump room 2 there is a piezo-mechanical inlet valve 4 , Furthermore, the pump room 2 a piezo-mechanical exhaust valve 5 on. The inlet and outlet valves 4 . 5 be by means of the AC voltage with which the electromechanical membrane 3 is excited to vibrations, so mitgesteuert that the vibrations of the electromechanical membrane 3 Air over the inlet valve 4 suck into the pump room 2 and over the exhaust valve 5 Push out of the pump room 2 , Air therefore becomes an outdoor air area 6 sucked in and after passage through the pump room 2 from the diaphragm pump 1 in a cooling area 7 pushed.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 zeigt eine Anwendung der beispielhaften Membranpumpe 1 zur Entwärmung eines Leuchtdioden-Arrays 9. Das Leuchtdioden-Array 9 ist gemäß 2b an einer Bodenplatte 10 befestigt, wobei die Bodenplatte 10 zweckmäßig eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Die Aufsicht gemäß 2b zeigt weiterhin, dass die Bodenplatte 10 in Verbindung mit Kühlrippen 11 steht. Die Seitenansicht gemäß 2a zeigt wiederum, dass unterhalb der Kühlrippen 11 eine Membranpumpe 1 mit einer elektromechanischen Membran 3 vorgesehen ist. Die Membranpumpe 1 entspricht dabei der im ersten Ausführungsbeispiel gezeigten Membranpumpe 1 gemäß 1. Die Schwingungen der elektromechanischen Membran 3 saugen hierbei Luft an und drücken sie durch die Kühlrippen 11. Eine entsprechende Steuerung des Einlassventils 4 und des Auslassventils 5 sorgt dabei für eine entsprechende Luftströmung 8. Die Luftströmung 8 sorgt für eine Kühlung bzw. Entwärmung der Kühlrippen 11 und dadurch auch des Leuchtdioden-Arrays 9.The embodiment according to 2 shows an application of the exemplary diaphragm pump 1 for cooling a light-emitting diode array 9 , The light-emitting diode array 9 is according to 2 B on a floor plate 10 attached, with the bottom plate 10 expediently has a good thermal conductivity. The supervision according to 2 B further shows that the bottom plate 10 in conjunction with cooling fins 11 stands. The side view according to 2a again shows that below the cooling fins 11 a diaphragm pump 1 with an electromechanical membrane 3 is provided. The diaphragm pump 1 corresponds to the diaphragm pump shown in the first embodiment 1 according to 1 , The vibrations of the electromechanical membrane 3 suck in air and push through the cooling fins 11 , A corresponding control of the inlet valve 4 and the exhaust valve 5 ensures a corresponding air flow 8th , The air flow 8th ensures cooling or cooling of the cooling fins 11 and thereby also the light-emitting diode array 9 ,

Der gezeigte Aufbau gemäß 2 ist sehr kompakt und daher besonders geeignet für die Entwärmung, beispielsweise einer Innenraumlampe mit einem Leuchtdioden-Array 9. Beispielhaft wird die elektromechanische Membran hier mit einer Wechselspannung betrieben, die eine Frequenz von 50 kHz aufweist. Die Schwingungen der elektromechanischen Membran 3 sind hierdurch für das menschliche Gehör nicht oder nur sehr geringfügig wahrnehmbar. Hierdurch eignet sich der gezeigte Aufbau in besonderer Weise für eine Innenraumbeleuchtung, bei der eine Geräuschentwicklung, beispielsweise durch einen Lüfter, nicht akzeptabel wäre.The construction shown in accordance with 2 is very compact and therefore particularly suitable for cooling, for example, an interior lamp with a light-emitting diode array 9 , By way of example, the electromechanical membrane is operated here with an alternating voltage having a frequency of 50 kHz. The vibrations of the electromechanical membrane 3 are therefore not or only very slightly perceptible to the human ear. As a result, the structure shown is particularly suitable for interior lighting in which a noise, for example by a fan, would not be acceptable.

Ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der 3 betrifft einen Frontscheinwerfer 12 eines Automobils. Der Automobil-Frontscheinwerfer 12 weist dabei ein Leuchtdioden-Array 9 auf. Um dieses möglichst effizient zu kühlen, ist eine Mem branpumpe 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an einer Begrenzung des Automobil-Frontscheinwerfers 12 vorgesehen. Die Membranpumpe 1 saugt in der oben bereits beschriebenen Art und Weise Luft aus der Umgebung des Automobil-Frontscheinwerfers 12 an. In diesem Fall wird bei der Membranpumpe 1 eine piezomechanische Membran 16 verwendet. Sie weist ein Ferroelektrikum auf, das durch eine direkte Speisung mit einer Wechselspannung zu mechanischer Verformung und damit Schwingungen angeregt wird.A third embodiment according to the 3 relates to a headlight 12 an automobile. The automobile headlight 12 has a light-emitting diode array 9 on. To this possible Cooling efficiently as efficiently as possible is a diaphragm pump 1 according to the first embodiment on a boundary of the automobile headlight 12 intended. The diaphragm pump 1 sucks air from the environment of the automobile headlight in the manner already described above 12 at. In this case, the diaphragm pump 1 a piezo-mechanical membrane 16 used. It has a ferroelectric, which is excited by a direct supply with an AC voltage to mechanical deformation and thus vibrations.

Die Membranpumpe 1 ist über ihr Auslassventil 5 mit einem hinführenden Schlauch 13 verbunden. Der hinführende Schlauch 13 transportiert die von der Membranpumpe 1 angesaugte Luft zum Leuchtdioden-Array 9. Dort muss die Luft mit dem Leuchtdioden-Array 9 verbundene Kühlrippen 11 passieren. Hierdurch wird in bekannter Weise das Leuchtdioden-Array 9 gekühlt und die vorbeiströmende Luft erwärmt. Ein wegführender Schlauch 14 führt vom Leuchtdioden-Array 9 bzw. den Kühlrippen 11 zu einer Außenseite des Automobil-Frontscheinwerfers 12. Die von der Membranpumpe 1 angesaugte und durch die Kühlrippen 11 gedrückte Luft wird über den wegführenden Schlauch 14 aus dem Automobil-Frontscheinwerfer 12 hinausgeführt. Die Ansaugung der Luft von außerhalb des Frontscheinwerfers und das Hinausführen der erwärmten Luft mit dem wegführenden Schlauch 14 führen insgesamt zu einer sehr effizienten Kühlung bzw. Entwärmung des Leuchtdioden-Arrays 9. Wie auch beim zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, erlaubt die Verwendung der piezomechanischen Membran einen Betrieb mit beispielsweise einer Frequenz von 30 kHz, was dazu führt, dass die Schwingungen der piezomechanischen Membran 16 für ein menschliches Gehör nicht oder kaum wahrnehmbar sind.The diaphragm pump 1 is over her exhaust valve 5 with a hose leading through 13 connected. The leading hose 13 transports the from the diaphragm pump 1 sucked air to the LED array 9 , There must be air with the light emitting diode array 9 connected cooling fins 11 happen. As a result, the light-emitting diode array is in a known manner 9 cooled and warmed by the passing air. A leading hose 14 leads from the light-emitting diode array 9 or the cooling fins 11 to an outside of the automobile headlight 12 , The from the diaphragm pump 1 sucked in and through the cooling fins 11 depressed air gets over the hose leading away 14 from the automobile headlight 12 led out. The suction of the air from outside the headlight and the passage of the heated air with the hose leading away 14 Overall lead to a very efficient cooling or cooling of the light-emitting diode array 9 , As also described in the second embodiment, the use of the piezo-mechanical membrane allows operation with, for example, a frequency of 30 kHz, which results in that the vibrations of the piezo-mechanical membrane 16 for human hearing are not or barely perceptible.

Der von der Membranpumpe erzeugte Luftstrom ist von der Amplitude und der Frequenz der Schwingungen der Membran abhängig. Bei Experimenten an einem Automobil-Frontscheinwerfer 12 mit einer auf 90°C aufgeheizten Motorraumumgebung haben gezeigt, dass bereits ein geringer Luftstrom 8 von 20 l/min eine ausreichende Kühlung für eine Verlustleistung von 50 W Si cherstellt. Für einen solchen Luftstrom reichen bereits geringe Frequenzen für die Schwingungen der Membran aus.The air flow generated by the diaphragm pump is dependent on the amplitude and frequency of the vibrations of the diaphragm. In experiments on an automobile headlight 12 with a heated to 90 ° C engine room environment have shown that already a low air flow 8th of 20 l / min sufficient cooling for a power loss of 50 W Si cherstellt. Even low frequencies for the vibrations of the membrane are sufficient for such an air flow.

Ein viertes Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt. Das vierte Ausführungsbeispiel weist einen vereinfachten Aufbau auf. In diesem Fall sind in der vereinfachten Membranpumpe 17 keine Ventile 4, 5 vorgesehen. Stattdessen weist der Pumpraum 2 der vereinfachten Membranpumpe 17 eine mit schlitzförmigen Öffnungen strukturierte Rückwand 15 auf, die gegenüber der elektromechanischen Membran 3 oder alternativ der piezomechanischen Membran 16 liegt. Kühlrippen 11 eines Kühlkörpers sind direkt im Anschluss an die Rückwand mit schlitzförmigen Öffnungen 15 vorgesehen. Die Schwingungen der elektromechanischen Membran 3 erzeugen einen Luftstrom 8, der beim Ansaugen der Luft aus allen Richtungen außerhalb der Rückwand 15 kommt. Das Ausstoßen der Luft durch die elektromechanische Membran 3 erfolgt hingegen eher gerichtet senkrecht zum Schlitz. Die Luft wird dabei hauptsächlich zwischen die Kühlrippen 11 gedrückt. Hierdurch ergibt sich der besonders aufwandsarme Aufbau der vereinfachten Membranpumpe 17.A fourth embodiment is in 4 shown. The fourth embodiment has a simplified structure. In this case, in the simplified diaphragm pump 17 no valves 4 . 5 intended. Instead, the pump room points 2 the simplified diaphragm pump 17 a structured with slit-shaped openings rear wall 15 on, facing the electromechanical membrane 3 or alternatively the piezo-mechanical membrane 16 lies. cooling fins 11 a heat sink are directly following the back wall with slit-shaped openings 15 intended. The vibrations of the electromechanical membrane 3 generate a flow of air 8th The air intake from all directions outside the back wall 15 comes. The expulsion of air through the electromechanical membrane 3 on the other hand, it is rather directed perpendicular to the slot. The air is mainly between the cooling fins 11 pressed. This results in the particularly low-cost construction of the simplified diaphragm pump 17 ,

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Anwendungen für eine Innenraumlampe und einen Automobil-Frontscheinwerfer 12. Die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele sind dabei aber durchaus vermischbar. So ist es durchaus möglich, auch im Automobil-Frontscheinwerfer 12 ohne die Schläuche 13, 14 zu arbeiten und die Membranpumpe direkt an den Kühlrippen 11 des Leuchtdioden-Arrays 9 zu befestigen. Weiterhin ist eine Anwendung auch für andere Einsatzgebiete vorstellbar.The described embodiments relate to the applications for an interior lamp and an automobile headlight 12 , The individual features of the embodiments are quite mixable. So it is quite possible, even in the automobile headlights 12 without the hoses 13 . 14 to work and the diaphragm pump directly to the cooling fins 11 of the light-emitting diode array 9 to fix. Furthermore, an application for other applications is conceivable.

Weiterhin beschreiben die Ausführungsbeispiele alle eine Kühlung von Leuchtdioden, die heißer sind als die umgebende Luft, weshalb der Begriff Entwärmung gebraucht wird. Die Erfindung ist aber gleichermaßen zu einer Kühlung verwendbar, bei der zu kühlende Objekte unter die Temperatur der Umgebung gekühlt werden sollen. Die Begriffe Entwärmung und Kühlung sind hierin als synonym zu verstehen.Farther describe the embodiments all a cooling of light-emitting diodes that are hotter as the surrounding air, which is why the term cooling is needed. The invention but is alike to a cooling suitable for cooling Objects under the temperature of the environment should be cooled. The terms Cooling and cooling are to be understood as synonymous herein.

Claims (15)

Entwärmungsanordnung mit einer Membranpumpe (1) zum Pumpen eines Kühlmediums, wobei die Membran (3) der Membranpumpe (1) elektromagnetisch zu Schwingungen anregbar ist.Entwärmungsanordnung with a diaphragm pump ( 1 ) for pumping a cooling medium, wherein the membrane ( 3 ) of the membrane pump ( 1 ) is electromagnetically excitable to vibrations. Entwärmungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Membranpumpe (1) ausgestaltet ist, mit einer Schwingungsfrequenz von wenigstens 20 kHz oder höchstens 100 Hz zu arbeiten.Heat-dissipation arrangement according to one of the preceding claims, in which the diaphragm pump ( 1 ) is configured to operate at an oscillation frequency of at least 20 kHz or at most 100 Hz. Entwärmungsanordnung gemäß Anspruch 1, bei dem die Membranpumpe (1) eine piezoelektrische Membran (3) oder eine elektromechanische Membran (3) aufweist.A cooling arrangement according to claim 1, wherein the membrane pump ( 1 ) a piezoelectric membrane ( 3 ) or an electromechanical membrane ( 3 ) having. Entwärmungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Einlass- und einem Auslassventil (4, 5) zur Steuerung des Flusses des Kühlmediums.Heat-dissipation arrangement according to one of the preceding claims with an inlet and an outlet valve ( 4 . 5 ) for controlling the flow of the cooling medium. Entwärmungsanordnung gemäß Anspruch 4, bei dem Einlass- und Auslassventil (4, 5) piezomechanische Ventile sind.A cooling arrangement according to claim 4, wherein the inlet and outlet valves ( 4 . 5 ) Piezo-mechanical valves are. Entwärmungsanordnung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Kühlmedium Luft ist.Entwärmungsanordnung according to claim 1 or 2, where the cooling medium Air is. Beleuchtungssystem mit: – einer oder mehreren Leuchtdioden (9); und – wenigstens einer Entwärmungsanordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zur Entwärmung der Leuchtdioden (9).Lighting system comprising: - one or more light-emitting diodes ( 9 ); and - at least one cooling arrangement according to one of the preceding claims for cooling the light-emitting diodes ( 9 ). Automobil-Scheinwerfersystem (12) gemäß Anspruch 10.Automotive headlamp system ( 12 ) according to claim 10. Automobil-Scheinwerfersystem (12) gemäß Anspruch 11, bei dem die Membranpumpe (1) und die Leuchtdioden (9) räumlich voneinander abgesetzt sind und ein hinführender Schlauch (13) für einen Hintransport des Kühlmediums von der Membranpumpe (1) zu den Leuchtdioden (9) vorgesehen ist.Automotive headlamp system ( 12 ) according to claim 11, wherein the membrane pump ( 1 ) and the light-emitting diodes ( 9 ) are spatially separated from each other and a leading hose ( 13 ) for a forward transport of the cooling medium from the diaphragm pump ( 1 ) to the light emitting diodes ( 9 ) is provided. Automobil-Scheinwerfersystem gemäß Anspruch 11 oder 12, bei dem ein wegführender Schlauch (14) für einen Abtransport des Kühlmediums von den Leuchtdioden vorgesehen ist.Automotive headlamp system according to claim 11 or 12, wherein a hose ( 14 ) is provided for a removal of the cooling medium from the LEDs. Verfahren zur Entwärmung, bei dem ein Kühlmedium mittels einer Membranpumpe (1) durch eine Entwärmungsanordnung gepumpt wird, wobei die Membran (3) der Membranpumpe (1) elektromagnetisch zu Schwingungen angeregt wird.Method for cooling, in which a cooling medium by means of a membrane pump ( 1 ) is pumped through a Entwärmungsanungsanordnung, wherein the membrane ( 3 ) of the membrane pump ( 1 ) is excited to vibrate electromagnetically. Verfahren gemäß Anspruch 14 und einem der Ansprüche 2 bis 6.Method according to claim 14 and one of the claims 2 to 6. Verfahren zur Entwärmung eines Beleuchtungssystems mit einer oder mehreren Leuchtdioden (9), bei dem ein Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15 zur Entwärmung der Leuchtdioden (9) verwendet wird.Method for cooling a lighting system with one or more light emitting diodes ( 9 ), in which a method according to claim 14 or 15 for cooling the light-emitting diodes ( 9 ) is used. Verfahren zur Entwärmung eines Automobil-Scheinwerfersystems (12) gemäß Anspruch 16.Method for heat dissipation of an automobile headlight system ( 12 ) according to claim 16. Verfahren zur Entwärmung eines Automobil-Scheinwerfersystems (12) gemäß Anspruch 17 und Anspruch 12 oder 13.Method for heat dissipation of an automobile headlight system ( 12 ) according to claim 17 and claim 12 or 13.
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