EA015259B1 - Оптическое сигнальное устройство - Google Patents

Оптическое сигнальное устройство Download PDF

Info

Publication number
EA015259B1
EA015259B1 EA200702246A EA200702246A EA015259B1 EA 015259 B1 EA015259 B1 EA 015259B1 EA 200702246 A EA200702246 A EA 200702246A EA 200702246 A EA200702246 A EA 200702246A EA 015259 B1 EA015259 B1 EA 015259B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
housing
signaling device
heat
led
light source
Prior art date
Application number
EA200702246A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200702246A1 (ru
Inventor
Франц Зилхенгст
Original Assignee
Сварко Футурит Феркерсзигнальзюстеме Гез. М. Б. Х.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сварко Футурит Феркерсзигнальзюстеме Гез. М. Б. Х. filed Critical Сварко Футурит Феркерсзигнальзюстеме Гез. М. Б. Х.
Publication of EA200702246A1 publication Critical patent/EA200702246A1/ru
Publication of EA015259B1 publication Critical patent/EA015259B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L5/00—Local operating mechanisms for points or track-mounted scotch-blocks; Visible or audible signals; Local operating mechanisms for visible or audible signals
    • B61L5/12—Visible signals
    • B61L5/18—Light signals; Mechanisms associated therewith, e.g. blinders
    • B61L5/1809—Daylight signals
    • B61L5/1854—Mounting and focussing of the light source in a lamp, fixing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • F21V23/004—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array arranged on a substrate, e.g. a printed circuit board
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • F21V23/004—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array arranged on a substrate, e.g. a printed circuit board
    • F21V23/006—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array arranged on a substrate, e.g. a printed circuit board the substrate being distinct from the light source holder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • F21V23/007—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array enclosed in a casing
    • F21V23/008—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array enclosed in a casing the casing being outside the housing of the lighting device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/15—Thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/502—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components
    • F21V29/507—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components of means for protecting lighting devices from damage, e.g. housings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F21V29/74—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks with fins or blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/90—Heating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V3/00—Globes; Bowls; Cover glasses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V31/00—Gas-tight or water-tight arrangements
    • F21V31/03—Gas-tight or water-tight arrangements with provision for venting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2207/00—Features of light signals
    • B61L2207/02—Features of light signals using light-emitting diodes [LEDs]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2111/00—Use or application of lighting devices or systems for signalling, marking or indicating, not provided for in codes F21W2102/00 – F21W2107/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21W—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO USES OR APPLICATIONS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS
    • F21W2131/00—Use or application of lighting devices or systems not provided for in codes F21W2102/00-F21W2121/00
    • F21W2131/10—Outdoor lighting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Изобретение касается оптического сигнального устройства, в частности железнодорожного сигнального устройства по меньшей мере с одним светодиодным источником света, электроникой питания и электрическим нагрузочным элементом, которые расположены на одном корпусе. Для повышения срока службы температура светодиодного источника света удерживается особенно низкой, так как корпус изготавливается из очень хорошо теплопроводящего материала, предпочтительно из алюминиевого сплава, снабжен снаружи ребрами охлаждения и образует окруженное со всех сторон полое пространство. Таким образом, тепло, генерируемое светодиодным источником света, соединенным с корпусом термически проводящими соединениями, и, равным образом, от нагрузочного элемента, соединенного с корпусом термически проводящими соединениями, равномерно распределяется и отводится в окружающую среду. Так как каждый источник тепла граничит с соответствующе большой наружной стенкой корпуса и по меньшей мере одна часть наружной стенки корпуса простирается между светодиодом и нагрузочным элементом, предотвращается тепловой поток от нагрузочного элемента к светодиодному источнику света.

Description

Изобретение касается оптического сигнального устройства, в частности железнодорожного сигнального по меньшей мере с одним светодиодным источником света, электроникой питания и электрическим нагрузочным элементом, которые расположены в одном корпусе.
Уже давно предпринимались попытки заменить лампы накаливания в железнодорожных сигнальных устройствах светодиодными источниками света, чтобы использовать их преимущества, заключающиеся в продолжительном сроке службы. Требуемая замена ламп в интервале от 3 до 12 месяцев в обычных сигнальных устройствах влечет за собой значительные производственные расходы, недоступность многих сигнальных устройств с улицы требует закрытия линии для обслуживания, замена ламп на сигнальных мачтах является затратной, высокосфокусированные сигнальные устройства должны заново юстироваться с новой лампой.
Чтобы обнаружить выход ламп из строя, до настоящего времени электрическое питание сигнальных устройств происходило через предохранительные устройства на центральном посте, которые согласованы с установленными лампами накаливания.
Использование светодиодов в железнодорожных сигнальных устройствах создает большое количество проблем, так как светодиоды по принципу своей работы ведут себя совершенно иначе, чем лампы накаливания. В частности, необходимо несколько или много светодиодов на каждое сигнальное устройство, вследствие чего возникают вопросы относительно эксплуатационной надежности и внешнего вида при частичном выходе из строя. Незначительные рабочие токи и необходимая электроника управления сделали бы сигнальную систему восприимчивой к электрической паразитной связи во многокилометровых, проложенных вдоль железнодорожной трассы линиях питания, что обусловлено высокими пульсирующими токами и переменными полями в современных электровозах на тиристорах.
В отличие от ламп накаливания в данный момент отсутствуют укоренившийся и опробованный стандарт для железнодорожных сигнальных устройств на светодиодах. Поэтому управление железных дорог не готово ни технически, ни экономически привязать свою технику безопасности и сигнализации к определенному изготовителю сигнальных устройств.
Если же светодиодное сигнальное устройство электрически ведет себя как обычное сигнальное устройство на лампе накаливания, тогда оно может без дополнительных затрат подключаться к существующим устройствам со всеми преимуществами светодиодной техники.
Сигнальные устройства эксплуатируются днем при полном напряжении и ночью с приглушенной яркостью посредством понижения напряжения. Последовательно сигнальному устройству на центральном посту подключено токовое реле. При светящемся сигнальном устройстве реле срабатывает при токе лампы. Если лампа перегорает или в случае обрыва провода, реле отпускается и тем самым выдает сигнал тревоги или при сомнительной нити накала у лампы переключается на вторую нить накала. Это относительно старое, простое предохранительное устройство функционирует в высшей степени надежно. Но существуют другие контрольные устройства, которые могут проверять выключенное сигнальное устройство на функциональную пригодность, вырабатывая незначительный магнитный поток, создаваемый током, который не вызывает световое излучение.
Лампы накаливания при полном напряжении имеют определенный магнитный поток, создаваемый током, который немного падает, если напряжение при работе в ночное время снижают примерно на одну треть. Поэтому встроенное токовое реле функционирует далее, испускание света лампы сокращается при этом только примерно до 20%, так что сигнальное устройство ночью не создает излучения, распространяющегося за пределы желательной зоны.
Сравнение светодиодного источника света со свойствами лампы накаливания показывает, что можно реализовать необходимую световую энергию часто с намного меньшей электрической мощностью, поэтому при эксплуатации с полной мощностью протекает уже значительно меньший ток, чем у лампы накаливания. Для похожего уменьшения света при ночной эксплуатации нужно ослабить незначительный рабочий ток также примерно до 20%. При таком незначительном токе токовое реле больше не притягивается, адаптация на незначительные токи из-за помех вследствие электрических паразитных связей в электропромагистрали не приведет к цели. И даже очень незначительный сквозной ток приводит уже к значительной световой отдаче светодиодного источника тока. Поэтому простой светодиодный источник не может применяться на существующих коммутационных установках, так как он имеет совершенно отличную зависимость между напряжением, током и световой мощностью.
Чтобы, несмотря на это, использовать светодиодный источник света, требовалось значительное изменение характеристики ток-напряжение сигнального устройства. Необходим дополнительный энергопотребитель в форме электрического нагрузочного элемента, чаще всего омический мощный резистор или мощный транзистор, который с помощью сложной электроники настраивается так, что через него происходит добавочный магнитный поток, вызываемый током между током светодиода и заданным током лампы накаливания в зависимости от приложенного рабочего напряжения. Эта электрическая схема при этом должна иметь наивысшую самозащиту и таким же образом, как и лампа накаливания, в случае ошибки генерировать прерывание тока. Однако это не является содержанием этого изобретения.
Таким образом, в сигнальном устройстве необходимо не только место для сложной электроники управления, должен также иметься в наличии дополнительный нагрузочный элемент, выработка тепло
- 1 015259 вой энергии которого чаще всего значительно больше, чем тепловая энергия светодиодного источника света. Но тепло является самым главным врагом светодиода, а также электронного управления, прежде всего, если требуется долгий срок службы и надежность.
Таким образом, светодиодное железнодорожное сигнальное устройство нагревается посредством по меньшей мере трех источников тепла, а именно самого источника света, инсоляции и нагрузочного элемента. Дополнительно может также предусматриваться подогрев против обледенения линзы для зимней эксплуатации. Этот подогрев не имеет существенного влияния на продолжительность службы, так как он активируется только при низких температурах.
Также если общая тепловая нагрузка примерно одинакова, как и до сих пор, то высокая собственная температура сигнального устройства не вредила ни лампе накаливания, ни другим используемым компонентам и материалам. Однако светодиодный источник света должен удерживаться при значительно более низкой температуре, иначе это приведет к деградации, уменьшению отданной световой энергии посредством старения при неизменной потребляемой мощности. Этот эффект экспоненциально возрастает при увеличении температуры, поэтому, в частности, следует при неблагоприятных условиях нагрузки удерживать как можно более низкую температуру у светодиодов. Кроме того, существует зависимость яркости светодиодов и цветов светодиодов от температуры, в частности у желтого цвета, что уже только это было бы основанием для как можно лучшего охлаждения светодиодов. Поэтому необходимо полностью заново разработать конструкцию железнодорожных сигнальных устройств. Одновременно должна быть также изменена оптическая система, так как светодиодные источники света являются значительно большими и излучают свет по-другому, чем нити накала применяемых до сих пор ламп.
Известное решение использует круглую печатную плату с большим количеством связанных светодиодов, которые излучают свой свет в осевом направлении. Эта плата расположена в цилиндрическом корпусе из синтетического материала, защищена прозрачной линзой. В корпусе находится электроника питания. Снаружи на корпусе прикреплен большой радиатор с нагрузочным элементом, который с помощью проводов соединен с электроникой.
Недостатком является случайный перегрев этого сигнального устройства, так как, с одной стороны, плата светодиода может отводить тепло светодиода только по воздуху в сигнальном устройстве, пластмассовый корпус мало способствует охлаждению внутреннего пространства и в случае падения солнечного света непосредственно спереди сам светодиод и плата светодиода дополнительно нагреваются, не обеспечивая мер для улучшенного охлаждения. При этом линза действует со своей воздушной подушкой как изоляция.
Другое решение строится аналогичным образом, однако предусматривает уже открытый корпус из алюминия, который при необходимости снабжен прозрачной крышкой для выхода света. Этот корпус обеспечивает лучший отвод тепла, в частности лучшее распределение тепла нагрузочного элемента, однако плата светодиодов и электроника управления внутри корпуса обеспечены только воздушным охлаждением.
В третьем известном конструктивном исполнении светодиод располагается в отверстии платы из алюминия. Таким образом, достигается хорошее распределение тепла по расположению светодиода, но охлаждение улучшается только незначительно. Светодиод и элементы питания со смонтированным радиатором вставлены сзади и залиты, радиатор и соединительный кабель выступают из заливочной массы.
Заливка положительно сказывается на пиковых температурах элементов конструкции и на погодоустойчивости, но имеет только незначительное воздействие на отвод тепла, выделяемого в сигнальном устройстве. Незначительный размер и плоская конструкция, которая заимствована из технических средств регулирования уличного движения, не обеспечивает достаточного отвода тепла, если должен быть интегрирован нагрузочный элемент. Солнце может светить непосредственно в светодиод. Сигнальное устройство не может быть восстановлено, а только заменено.
Патент Германии ΌΕ 10355878 В3 раскрывает световое сигнальное устройство, состоящее из нескольких светодиодных модулей, которые закреплены в передней части изготовленного из алюминия корпуса в подходящих отверстиях и образуют либо символы и алфавитно-цифровые знаки и используются в качестве расположения в растре для графических изображений, либо также воспроизводят круглый сигнальный диск. Каждый отдельный модуль несет радиатор, который отдает тепло светодиодов по воздуху внутрь корпуса. Эта конструкция в состоянии распределять и отводить солнечное тепло, проникающее со всех сторон через алюминиевые стенки корпуса. Но тепло светодиодов отводится только опосредованно через несколько воздушных и тепловых передач или соответственно конвекционных слоев только в зачастую относительно горячий воздух корпуса, затем в стенку корпуса и, наконец, наружу, что придает светодиодам в целом высокую температуру. Однако солнечное тепло улавливается в модулях и не попадает непосредственно к светодиодам.
\νϋ 02/061714 А2 раскрывает модуль индикации в светодиодной технике для изображения полнографических символьных, текстовых и видеокартинок, который может быть составлен в любом количестве в большое индикаторное табло. Модуль, в принципе, является плоским и имеет плату с множеством светодиодов одинакового типа, которые выступают через перфорированную плату и герметизированы в ней с помощью специальной резиновой части с интегрированными солнцезащитными козырьками. Плата
- 2 015259 полногранно прилегает по теплопроводящим, но электрически изолирующим прокладкам (16) к обратной стороне модуля, снабженной ребрами. В узком полом пространстве (19) между рядами светодиодов находится плата с электроникой управления. Солнечное тепло спереди направляется через расстояния (23), хорошо проводящие тепло к обратной стороне модуля. Боковым тепловым излучением или теплоотводом пренебрегают, так как в комбинации модули плотно граничат друг с другом и из-за незначительной толщины край составляет только незначительную часть поверхности. Поэтому такое индикаторное табло может рассматриваться как, по существу, двухмерная конструкция любого размера, деление на однотипные модули происходит только по причинам технологии изготовления.
Собственный нагрузочный элемент отсутствует. Его размещение в модуле послужило бы причиной возникновения области повышенной температуры светодиодов, так как вся обратная сторона уже используется как поверхность охлаждения для светодиодов. Температура светодиодов в целом является высокой, так как в качестве поверхности охлаждения используется только область, примерно совпадающая по площади с областью расположения светодиодов, теплоотвод с которой может быть увеличен посредством ребер охлаждения, однако, как правило, дополнительно должны использоваться вентиляторы, чтобы не допустить перегрева модуля. Солнце может светить сзади непосредственно на поверхность охлаждения светодиодов, что приводит к определенному повышению температуры светодиодов. Для предотвращения этого необходимо использовать дополнительное покрытие (24), которое при таком варианте исполнения корпуса также задерживает боковое падение солнечных лучей.
Другие известные варианты осуществления представляют собой так называемое децентрализованное расположение светодиодов, когда множество отдельных светодиодов распределены по поверхности сигнального устройства для того, чтобы издали вызывать впечатление равномерно светящейся поверхности или символов и алфавитно-цифровых знаков. Из области сигнальных устройств для дорожного движения известен другой подход к конструкции сигнальных устройств, а именно компактное расположение нескольких высокомощных светодиодов. Свет этих светодиодов сфокусирован с помощью общей конденсорной оптики. Такое тесное расположение светодиодов имитирует (сильно увеличенную) спираль накаливания, к которой должна быть приспособлена оптика сигнального устройства, и в любом случае требует технически сложных решений по организации теплоотвода, но которые из упомянутых решений уже интегрированы в эти светодиоды, так что теплоотвод возможен лучше, чем у применяемых в большинстве случаев стандартных узкосфокусированных 5-мм светодиодов.
С помощью такой центральной конструкции может достигаться наивысшая фокусировка и сила света, как это особенно необходимо для высоких скоростей движения. Другое преимущество заключается в том, что при подходящем оптическом конструктивном решении вышедшие из строя светодиоды не заметны визуально, что обеспечивает, при выходе из строя одного светодиода, возможность безпроблемной дальнейшей эксплуатации еще многие годы. Наконец, такое расположение позволяет принимать более эффективные меры против так называемого паразитного света, который имитирует включенный сигнал и обусловлен отражениями проникающего внутрь солнечного света. Так как в целом в наличии имеется значительно меньше элементов конструкции, можно легче приводить доказательство безопасности и ожидать более высокой защищенности от отказов и срока службы.
Однако затрудняющим фактором является то, что конденсорная оптика фокусирует в обратном порядке падающий спереди солнечный свет на маленькую поверхность или соответственно фокус, который находится в непосредственно близости от высокомощных светодиодов и может достигать высоких температур. Это обстоятельство необходимо конструктивно принимать в расчет.
Также существует множество сигнальных устройств, преимущественно вариантов из области дорожного движения, с односторонними открытыми, чашеобразными корпусами, главным образом из синтетического материала. Их недостатки заключаются в том, что они не совместимы с железнодорожным сигналом на лампах накаливания и управляются, как светодиодные сигнальные устройства дорожного движения, что может быть достаточным для трамвайных линий, городской железной дороги и метро, но не подходит и технически несовместимо для эксплуатации на железной дороге.
Существующие железнодорожные сигнальные устройства на лампах накаливания имеют самые различные размеры, цвета, светораспределения, напряжения питающей сети и варианты крепления. Но всех объединяет поведение лампы накаливания и контрольного устройства в централизационном посту. Поэтому рекомендуется разработать блочную систему, которая может быть приспособлена ко всем этим требованиям с незначительными затратами.
Задачей изобретения является разработка сигнального устройства, функционирующего на основе светодиодов с электрическим нагрузочным элементом, который совместим с устройством управления или соответственно с электроснабжением, которое согласовано для сигналов, базирующихся на лампах накаливания. При этом срок службы светодиодов должен быть доведен до максимума и сигнальное устройство в качестве блочной системы должно быть адаптировано для всех существенных вариантов сигнализации.
Цель данного изобретения состоит в том, чтобы решить проблемы, вытекающие из уровня техники, и предоставить оптическое сигнальное устройство, у которого тепло, возникающее из-за светодиодов и нагрузочного элемента, эффективно отводится или соответственно равномерно распределяется и отво
- 3 015259 дится для того, чтобы предотвратить пики температур, возникающие на светодиодах, и тем самым значительно продлить их срок службы. Также тепло, перенесенное на сигнальное устройство солнечным излучением, не должно служить причиной пиков температур на светодиодах. Одновременно вес и объем, который требуется оптическому сигнальному устройству, не должен превышать вес и объем сигнальных устройств, известных из уровня техники.
По изобретению эти цели с помощью оптического сигнального устройства вышеназванного типа решаются посредством того, что корпус состоит из очень хорошего теплопроводного материала, предпочтительно из алюминиевого сплава и своей передней торцевой стенкой и внешними стенками образует окруженное со всех сторон полое пространство для электроники питания, что плата светодиодного источника света соединена термически проводящим соединением непосредственно с монтажной поверхностью, которая находится на торцевой стенке корпуса или соответственно на параллельной ей промежуточной стенке внутри полого пространства, нагрузочный элемент закреплен термически проводящим соединением на монтажной поверхности корпуса, находящейся от нее на расстоянии, причем между этими монтажными поверхностями простирается по меньшей мере часть внешней стенки корпуса и что полое пространство во всех направлениях имеет примерно одинаковый размеры.
Эти размеры являются причиной того, что тепло, возникающее при работе как светодиодов, так и нагрузочного элемента быстро отводится на корпус, в частности ту часть корпуса, которая образует полое пространство и равномерно распределяется по этому пространству. Тепловая энергия, излучаемая солнцем, также распределяется равномерно независимо от текущей высоты солнца, так что, в частности, на светодиодах не могут возникать местные повышения температуры.
Светодиодный источник света и нагрузочный элемент могут непосредственно быть прикреплены так, что они прилегают к стенкам корпуса, так что гарантируется термически проводящее соединение посредством непосредственного контакта. Однако в предпочтительном варианте светодиодный источник света закреплен на промежуточной стенке корпуса, торцевая стенка образует экран в форме шторки, которая имеет отверстия, рассчитанные только для пропускания света. Тем самым солнце может светить прямо на светодиоды или соответственно плату светодиодов. Нагрузочный элемент также может быть закреплен на этой промежуточной стенке. Эта конструкция способствует распределению тепла уже перед входом в окружающий корпус, а также отсутствию непосредственного наложения солнечного излучения, благодаря чему уменьшаются максимальные температуры. Кроме того, промежуточные стенки ускоряют тепловую компенсацию в сигнале.
В варианте изобретения в полом пространстве предусмотрены другие теплопроводящие соединения, например, в форме ребер или распорок между противоположными или граничащими стенками корпуса. Благодаря этому повышается перенос тепла от одной стороны части корпуса, окружающей полое пространство на противоположные или соседние стороны.
Вышеуказанная теплопроводность для материала корпуса минимум 120 Ватт/(метр-Кельвин) [Вт-м-1-К-1] подразумевает применение металлических корпусов, в частности из алюминиевых сплавов. Фактическая теплопроводность зависит от длины теплопереноса, поперечного сечения материала и разности температур и может подвергаться влиянию в рамках известных конструктивных и экономических краевых условий. Предпочтительно коэффициент теплопроводности должен составлять минимум 150, возможно 200 Вт-м-1-К-1, чистый алюминий имеет коэффициент теплопроводности примерно 237 Вт-м-1-К-1, медь - примерно 401 Вт-м-1-К-1. В случае центрального светодиодного источника света высокий коэффициент теплопроводности нужен не только для распределения тепла по корпусу, но для отвода очень концентрированного тепла, генерируемого в непосредственной близости от светодиодного источника света, при этом существенно падает максимальная температура, что не обеспечивается стенками большой толщины.
Оптическое сигнальное устройство по изобретению по своему весу схоже с обычными сигнальными устройствами, при этом объем сигнального устройства также не должен превосходить объем известных устройств. Если у обычных сигнальных устройств необходимое свободное пространство учитывается для открытия крышки для замены ламп накаливания, требуемый объем светодиодного сигнального устройства является даже значительно меньшим, так что в любом случае существует совместимость объема.
Под выражением окруженное со всех сторон полое пространство понимается, что, по существу, сплошные стенки корпуса со всех сторон ограничивают полое пространство. Однако эти стенки могут иметь маленькие отверстия для выхода света и подвода электрического питания или соответственно линий управления, таким же образом в стенках корпуса могут предусматриваться маленькие отверстия или соответственно тонкие прорези для того, чтобы сделать возможным циркуляцию воздуха, отвод влаги и выравнивание давления. Во всяком случае, внутренняя часть сигнального устройства является герметичной в рамках обычных классов защиты, в частности световые отверстия могут быть герметизированы в торцевой стенке с помощью линзы, подвод кабеля с помощью резьбовых соединений или втулок.
Также является возможным, что полое пространство образовано только частью корпуса и остальная часть корпуса служит для того, чтобы между источником света и прозрачной линзой принимать у себя
- 4 015259 предусмотренную оптику или также только создавать правильное расстояние между источником света и линзой.
Таким образом, сущность изобретения состоит в том, что тепло каждого источника тепла может направляться от места возникновения по возможности по всем направлениям прямо к любой другой точке корпуса без обходов. Дальше предотвращаются температурные наслоения, таким образом, уменьшаются экстремальные значения распределения температур, в частности на светодиодном источнике света.
Величина теплового излучения солнца находится большей частью в диапазоне тепловой мощности применяемых до настоящего времени ламп или соответственно светодиода и нагрузочного элемента. Излучение, в принципе, может проходить со всех сторон полусферы, размер которой соответствует поверхности контура сигнального устройства для соответствующего положения солнца, так называемой проецированной поверхности. При эксплуатации сигнальное устройство подвергается загрязнению, так что в целях безопасности должно рассматриваться полное поглощение энергии, независимо от формы поверхности. Затенение сигнального устройства было бы возможным, но это влечет дополнительные расходы по сравнению с существующей ситуацией, а с точки зрения техники безопасности является в высшей степени сомнительным, что можно было бы постоянно гарантировать наличие затенения. Также может быть нарушено естественное охлаждение при естественной конвекции. Поэтому сигнальное устройство должно само обеспечивать все режимы работы.
Солнечное тепло может попадать в сигнальное устройство на корпус сзади, а также спереди. На какую бы поверхность не попадали бы лучи, эта поверхность должна иметь термически проводящее соединение с внешними поверхностями и быть термически резистивной.
Отвод энергии может осуществляться только с помощью конвекции по внешней поверхности сигнального устройства. Ее действие может, в частности, повысится посредством увеличения поверхности, в частности оребрением. При этом совершенно необходима большая монтажная ширина. Очень плоская конструкция с термически изолированной линзой может отводить тепло примерно через такую же площадь поверхности, что и светодиодная конструкция или соответственно само световое отверстие. Если же корпус выполнен объемным, то для отвода тепла в распоряжении имеется примерно пятикратная поверхность при все еще одинаковой нагрузке посредством солнечного излучения, так как самая большая проецированная поверхность не изменилась. Поэтому является разумным, что плоская конструкция время от времени достигает более высоких рабочих температур светодиодов и тем самым более короткий срок службы.
Идеализированное представление предполагает, что сигнальное устройство имеет форму полого шара. Солнце всегда освещает половину сигнального устройства независимо от его положения, другая половина находится в тени. Тепло должно распределяться в любом направлении посредством эффективной теплопроводности на теневую сторону, для того чтобы удерживать сигнальное устройство в целом при равномерно низкой температуре. Тогда безразлично, в каком положении находится солнце и на каком месте отходящее тепло светодиодного источника или нагрузочного элемента вводится во внешнюю стенку корпуса, так как проецированная поверхность шарового сигнального устройства во всех направлениях имеет одинаковый размер, и теплоперенос осуществляется на одинаковую длину. Отходящее тепло нагрузочного элемента не может при этом протекать через светодиодный источник света, так как при этом источник испытывает дополнительное повышение температуры. Солнце также не должно светить прямо на светодиодный источник света, так как при этом его тепловое излучение суммируется с теплом, выделяемым в источнике.
Если теперь вместо этого идеального представления рассмотреть реальное сигнальное устройство, то равновесные свойства полого шара должны быть пересмотрены с учетом корпуса с другой формой. Разумно предположить, что корпус, хорошо проводящий тепло и с закрытым со всех сторон полым пространством, имеет большую схожесть с рассмотренным вариантом, а односторонний открытый корпус, напротив, не имеет, в частности, так как тепловая компенсация происходит недостаточно и несимметрично, поэтому в зависимости от положения солнца на поверхности корпуса преобладают сильно колеблющиеся температуры и тем самым на светодиодном источнике света также появляются более высокие экстремальные значения. Конечно, посредством изменений толщины стенок корпуса можно компенсировать неблагоприятные эффекты формообразования, если не превышены технологические границы и лимиты затрат.
В одном варианте осуществления объем полого пространства составляет по меньшей мере половину значения А3/2 (А в степени 3/2), причем А является поверхностью торцевой стенки полого пространства и наибольшая глубина полого пространства составляет по меньшей мере половину значения А1/2). Это, например, выполнено для прямоугольного параллелепипеда, торцевая поверхность которого является квадратом и глубина которого является половиной бокового габаритного размера квадрата или полусферы.
Лучшее распределение тепла имеют те варианты, у которых объем полого пространства, по существу, соответствует значению А и большая часть полого пространства, по существу, принимает значение А1/2. Это происходит, например, у куба.
- 5 015259
В особенно предпочтительном варианте соотношение самого наибольшего и наименьшего линейного размеров полого пространства составляет менее чем 2:1, предпочтительно менее чем 1,5:1. Под этим понимаются одномерные габаритные размеры полого пространства, как глубина, ширина, высота, диаметр, диагонали и т.д. Углы и кромки поверхности, ограничивающей полое пространство необходимым способом, закруглены или скошены. Посредством подобного формообразования гарантируется, что тепло от солнечного излучения, источников света и нагрузочного элемента из-за более коротких путей протекания тепла быстрее и тем самым эффективнее распределяется по корпусу.
В одном из вариантов осуществления соотношение наибольшей проецированной поверхности всего корпуса к наименьшей составляет менее чем 2:1. В этом критерии также учитываются выступы, ребра охлаждения и подобное, которые не считаются частью корпуса, образующей только полое пространство.
В особенно предпочтительном осуществлении проецированная поверхность всего корпуса, по существу, является одинаковой во всех направлениях. Тепловое излучение солнца достигает со всех направлений примерно одинакового действия, приводит к равномерному, независимому от высоты солнца нагреву корпуса с наименьшими температурными колебаниями или соответственно экстремальными значениями.
Реально достижимая теплопроводность также ниже желательной, так что в областях ввода тепла доходит до более высоких и на удаленных местах до более низких температур. Тем самым становится важным, где отводящее тепло светодиодного источника света или нагрузочного элемента вводится во внешнюю стенку корпуса. Поэтому описанное выше идеальное представление следует дополнить способом рассмотрения, в котором используется менее идеальную теплопроводность. При этом источнику тепла придана непосредственно граничащая часть внешней стенки в качестве поверхности охлаждения. При этом соотношение тепловых мощностей источников тепла должно быть близким к соотношению приданных охлаждающих поверхностей. Источники тепла также должны быть не сконцентрированы на одной области корпуса, а закреплены распределение. По меньшей мере, источник тепла должен находиться в центральной области корпуса, так что одна половина корпуса может служить в качестве охлаждающей поверхности для светодиодного источника света, а другая половина - для нагрузочного элемента.
Несмотря на корпус из алюминия с термически хорошо проводящей привязкой источников тепла посредством искусного формообразования, удивительным образом является возможным не получать прямой тепловой поток от нагрузочного элемента к светодиодному источнику света и удерживать максимальную температуру светодиодного источника света на низком уровне. Если бы напротив, светодиодный источник света был бы защищен термической изоляцией от воздействия других источников тепла, то при некоторых режимах работы возникает высокая максимальная температура посредством неблагоприятного солнечного излучения, которое не может переходить в другую, при этих обстоятельствах более прохладную часть корпуса. Это можно, в частности, проверить при помощи моделирования. В зависимости от величины сигнала, величины тепловой нагрузки и их соотношений друг к другу выявляются различия в оптимальном оформлении.
Изобретение более подробно объясняется на основе чертежей с поперечным сечением.
Фиг. 1а показывает оптическое сигнальное устройство по изобретению со светодиодным источником света на промежуточной стенке.
Фиг. 1Ь - вариант фиг. 1а.
Фиг. 2 - оптическое сигнальное устройство по изобретению с несколькими светодиодными источниками света в виде децентрализованного расположения.
Фиг. 3 а и 3Ь - варианты фиг. 2.
На фиг. 1а показано сигнальное устройство по изобретению, состоящее из переднего корпуса 1а, заднего корпуса 1Ь и крышки 1с, а также прозрачной линзы 5. Эта линза фокусирует свет, излученный светодиодным источником 2, и распределяет его в зависимости от предписанной величины в определенную угловую область. Части корпуса 1а, 1Ь и 1с снаружи несут охлаждающие ребра 15 и хорошо теплопроводяще соединены друг с другом. Материал корпуса предпочтительно состоит из легкого металла с теплопроводностью минимум 120 Вт-м-1-К-1, в частности алюминиевого сплава. Дно нижней части корпуса 1Ь образует промежуточную стенку 4, которая выступает в качестве монтажной поверхности для платы 3 светодиодного источника 2 света, дно переднего корпуса 1а представляет собой торцевую стенку полого пространства 7 и сформировано в виде шторки 8 с маленьким отверстием 13 для прохождения света, предпочтительно выполненной светопоглощающей матово-черной. Пространство между шторкой и промежуточной стенкой рассматривается как принадлежащее полому пространству 7. Крышка 1с, задний корпус 1Ь и шторка 8 переднего корпуса 1а окружают полое пространство 7, во внутренней части которого расположена электроника 6 питания для светодиода. Провода питания или соответственно управления 11 проходят через отверстие 10 в стенке корпуса. Плата 3 светодиодного источника 2 света обладает очень хорошим теплопроводящим керамическим или металлическим сердечником и центрально закреплена на монтажной поверхности промежуточной стенки 4 теплопроводящим соединением. Передний корпус 1а расширяется на необходимый диаметр сигнала, позиционирует линзу 5 на подходящем расстоянии к источнику 2 света и имеет крепежное средство 12 для сигнального устройства. Линза 5 имеет фокус Е у светодиодного источника 2 света, благодаря чему полезный свет N фокусируется, по
- 6 015259 существу, параллельно оси сигнального устройства. Падающие солнечные лучи 8 фокусируются на шторке 8 в точке В ниже светодиодного источника 2 света, в соответствии с углом высоты солнца над горизонтом и не могут падать на светодиодный источник 2 света.
К шторке 8 также прилегает электрический нагрузочный элемент, необходимый для работы светодиода, отходящее тепло которого отводится в корпус по тому же пути, предпочтительно на верхнем положении, которое не может быть достигнуто солнечными лучами.
Нагрузочный элемент может также располагаться в любом другом месте в передней части корпуса, примерно между шторкой 8 и линзой 5 оптического сигнального устройства.
Даже если в представленном примере осуществления отсутствует геометрическое сходство с полым шаром, то все же принцип работы полого пространства 7 является очень похожим. Солнечная энергия, проникающая через линзу 5, концентрированно скапливается на шторке 8, где она может распространяться во все стороны. При этом тепловой поток вполне сходен с тепловым потоком в полом шаре. Если солнце светит на остальной корпус, тепло таким же образом отводится во всех направлениях, только оно скапливается не так концентрированно, а распределенно.
Наружная поверхность переднего корпуса 1а не является составной частью габаритных очертаний полого пространства, как и крепежное средство 12. Поглощенное там солнечное излучение действует, с одной стороны, как еще один источник тепла, который соединен термически проводящим соединением с корпусом, окружающим полое пространство 7. Одновременно эта дополнительная поверхность действует как еще одна поверхность охлаждения. В то время как наружные стенки полого пространства должны отводить как тепло светодиода и нагрузочного элемента, так и солнечного излучения, дополнительная наружная поверхность части 1а корпуса - только падающее на нее солнечное излучение, в целом возникает улучшенное охлаждающее действие. Вместе с тем конструктивно необходимые выступы корпуса, которые не являются составной частью габаритных очертаний корпуса, действуют как дополнительное охлаждение, но не как дополнительный источник тепла при солнечном излучении. Это важно, так как корпус 1а должен быть выполнен различной величины для подгонки к различным диаметрам сигнального устройства, причем, конечно, каждый размер должен соответствовать термически.
Если представить корпус между светодиодным источником 2 света и шторкой 8 разделенным, тогда отходящее тепло светодиодного источника света отводится через часть 1Ь корпуса вокруг полого пространства 7, отходящее тепло нагрузочного элемента 9 или тепло, обусловленное солнечным излучением, спереди отводится через переднюю часть 1а корпуса. При подходящем соотношении поверхностей в соответствии с тепловой нагрузкой и, таким образом, примерно одинаковой температурой на местах контакта, обе части 1а и 1Ь корпуса могут соединяться без течения тепла через место соединения. Но вместе с тем тепло не течет от нагрузочного элемента 9 к светодиодному источнику 2 света.
Корпус выполнен разделенным вследствие доступа к полому пространству 7. Если солнце светит на корпус или на шторку сигнального устройства, то при очень хорошем распределении тепла сигнальное устройство нагревается и общий уровень температуры становится выше. При плохой теплопроводности светодиодный источник 2 света подвергался бы значительно более высокой термической нагрузке, особенно когда солнце светит на граничащую наружную поверхность корпуса 1Ь+1с. Поэтому особенное значение следует придавать термическому соединению частей корпуса, в частности посредством плоской установки частей и использования стандартных контактных средств, как, например, теплопроводящих паст и/или теплопроводящих клеев, так что компенсируется односторонняя тепловая нагрузка и, таким образом, понижается максимальная температура светодиодного источника света.
В частности, является рациональным так поделить корпус сигнального устройства, чтобы подгонка к различным размерам сигнального устройства не была бы связана со значительными затратами. При этом можно было бы подгонять только переднюю часть корпуса и линзу. Задняя часть корпуса 1Ь+1с также содержит все элементы конструкции, необходимые для работы, как источник 2 света, нагрузочный элемент 9 и электронику 6 питания, а также предпочтительно штекер для подключения. При этом не только подгонка размера является простой, но также технические неисправности могут устраняться непосредственно на месте с помощью замены задней части корпуса 1Ь+1с, без демонтажа всего сигнального устройства и потери при этом его точной юстировки. Для того чтобы не освобождать внутренние кабельные соединения, нагрузочный элемент и возможное средство обогрева сигнального устройства удерживаются в области поверхности присоединения заднего корпуса, и с помощью пружины 14 надавливается на шторку 8, где тепло может непосредственно стекать в передний корпус.
Фиг. 1Ь показывает вариант осуществления сигнального устройства по изобретению, показанного на фиг. 1а. В отличие от первого примера нагрузочный элемент 9 находится во внутренней части полого пространства 7 на задней стенке корпуса, сформированной в виде крышки 1с. Передняя часть 1а корпуса теперь отводит отходящее тепло светодиодного источника 2 света вперед, задняя часть корпуса 1Ь+1с прежде всего отводит отходящее тепло нагрузочного элемента 9. Тем самым переворачивается упорядочение охлаждающих поверхностей к источникам тепла.
Какое из обоих осуществлений термически более благоприятное, зависит от соотношения тепловой мощности светодиодного источника 2 света и нагрузочного элемента 9, а также размера сигнального устройства, геометрии, толщины стенок и осуществления поверхностей корпуса и, прежде всего, может
- 7 015259 определяться на основе моделирования или экспериментально.
Фиг. 2 показывает вариант осуществления, у которого несколько светодиодных источников 2' света расположены рядом друг с другом, плата 3' которых закреплена на промежуточной стенке 4' задней части 1Ь' корпуса, благодаря чему происходит эффективный отвод отходящего тепла в такой же хорошо теплопроводящий корпус 1с' и через охлаждающие ребра 15 в окружающую среду. Перед светодиодным источником 2' света расположена шторка 8', как часть переднего корпуса 1а' с выемками 13' для полезного света N равномерно распределенного светодиода, которая, с одной стороны, из-за появления паразитного света выполнена матово-черной и, с другой стороны, отводит поглощенное тепло солнечных лучей 8 вследствие хорошей теплопроводности в корпус 1Ь'. Корпус снова окружает полое пространство 7 с электроникой управления и питания 6. Может иметься линза 5', которая согласно потребностям фокусирует, рассеивает, направляет в угловую область и т.д. свет светодиодов 2' и также защищает светодиоды от повреждения или атмосферных условий.
Так как источники тепла, следовательно, светодиоды 2' и нагрузочный элемент 9 позиционированы на противоположных сторонах корпуса 1Ь+1с, адекватные части поверхности могут быть приданы источникам тепла в соответствии с соотношением тепловой мощности без влияния геометрии. Наибольшая возможная дистанция от светодиодных источников 2' света и нагрузочного элемента 9 представляет собой наилучшее возможное расположение с наименьшим взаимным термическим нанесением ущерба.
Если для промежуточной стенки 4' при включенных светодиодных источниках 2' света оказывается схожая или более высокая температура как для шторки 8' при максимальном солнечном излучении спереди, то эти оба элемента можно объединить, увеличивая толщину стенки шторки 8' на толщину промежуточной стенки 4', не вызывая ухудшения температуры светодиода. Более толстая шторка 8'' может лучше отводить как поглощенное солнечное тепло при выключенном сигнале, так и отходящее тепло светодиода без солнечного излучения спереди, таким образом, в целом в центре получается снижение температуры при одинаковом расходе материала.
Фиг. 3а показывает этот пример осуществления изобретения. Плата 3'' светодиода закреплена изнутри на более толстой шторке 8'' теплопроводяще, но электрически изолировано. Эта возможность может, в частности, применяться при центральном расположении источников света, где как солнечное излучение спереди, так и отходящее тепло светодиода равномерно распределенно поступает через поверхность сигнального устройства. Благодаря этой конструкции может быть сэкономлена одна часть. Если отсутствует необходимость в линзе, так как светодиод, например, залит, тогда шторка 8'' также действует как охлаждающая поверхность и, таким образом, понижает температуру. Для подгонки к различным диаметрам сигнального устройства необходимо по одной части корпуса 1Ь'' с платой 3'' светодиода и корпусом 1с'', возможно также одну линзу 5'.
Также можно, как показано на фиг. 3Ь, исключить шторку 8' и утолстить прежнюю промежуточную стенку к торцевой стенке 4''', запирающей полое пространство 7. В этом случае требуется хорошо теплопроводящая матово-черная плата 3''', так как проникающее спереди и поглощенное солнечное тепло должно направляться через плату 3''' к торцевой стенке 4'''. Линза 5' защищает плату от влияния атмосферных условий, альтернативно светодиоды 2' вместе с платой 3''' также с передним корпусом 1Ь''' могут быть залиты. Этот вариант осуществления более предпочтительно подгоняется к различным диаметрам сигнального устройства. Для каждого диаметра сигнального устройства требуется по одному переднему корпусу 1Ь''' с платой 3''' светодиодов, а также линза 5'. Во всяком случае, светодиоды на фиг. 2-3Ь испытывают нагрузку от прямого солнечного излучения.
В дальнейшем описываются другие варианты осуществления: Если существуют другие условия эксплуатации сигнальных устройств, то требуемые до сих пор свойства могут изменяться, для того чтобы достичь дальнейшего снижения температуры светодиода. В частности, сигнальные устройства могут быть встроены в большие корпуса-ящики, благодаря чему солнце не сможет светить на сигнальные устройства, а только сможет проникать в сигнальные устройства спереди. У сигнального устройства согласно фиг. 1 источники тепла сконцентрированы в передней части корпуса, только светодиодный источник света нагревает заднюю часть корпуса. В этом случае может предусматриваться термическая изоляция между задней частью корпуса 1Ь+1с и передним корпусом 1а, примерно в форме уплотнения прессованного материала, которое задерживает солнечное тепло спереди и отходящее тепло нагрузочного элемента от светодиодного источника 2 света. Таким образом, возможно снижение температуры светодиодного источника света за счет передней половины корпуса, так как задний корпус 1Ь+1с во всех режимах работы должен в одиночку отводить больше отходящего тепла светодиодов.
Но также существуют случаи применения, у которых падение солнечных лучей спереди может быть полностью исключено либо посредством самого места установки, либо применением больших солнечных бленд, которые полностью задерживают падение солнечного света спереди. В этих случаях снижение температуры светодиодного источника света возможно посредством термической изоляции от нагрузочного элемента, разделяя корпус таким образом, что половина с нагрузочным элементом становится значительно горячее, чем половина со светодиодным источником света. Изоляция может просто осуществляться с помощью уплотнения прессованного материала достаточной толщины или отдельной части из синтетического материала. Для этого предлагаются конструкции согласно фиг. 1Ь-3Ь, у которых
- 8 015259 светодиодные источники 2, 2' нагревают переднюю половину корпуса и нагрузочный элемент - заднюю половину.
Для всех этих форм осуществления общим является признак по изобретению - со всех сторон окруженное полое пространство с материалом, теплопроводность которого составляет минимум 120 Вт-м-1-К-1. Таким образом, тепло, происходящее от термически проводящего светодиодного источника света, соединенного с корпусом, и от нагрузочного элемента распределяется быстро и равномерно и выводится в окружающую среду. Так как каждый источник тепла граничит с соответствующе большой стенкой корпуса и по меньшей мере одна часть внешней стенки корпуса простирается между светодиодом и нагрузочным элементом, предотвращается тепловой поток от нагрузочного элемента к светодиодному источнику света.

Claims (14)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Оптическое сигнальное устройство, в частности железнодорожное сигнальное устройство по меньшей мере с одним светодиодным источником света, расположенным на плате, электроникой питания и электрическим нагрузочным элементом, а также корпусом из теплопроводящего материала, в частности из металла, особенно предпочтительно из алюминия, отличающееся тем, что корпус своей передней торцевой стенкой и своими внешними стенками образует окруженное со всех сторон полое пространство, плата (3) по меньшей мере одного светодиодного источника (2) света имеет непосредственное термически проводящее соединение с монтажной поверхностью, которая находится на передней торцевой стенке (8) корпуса или, при необходимости, на, по существу, параллельной ей промежуточной стенке (4) внутри полого пространства (7), нагрузочный элемент (9) закреплен на монтажной поверхности корпуса и имеет с ней термически проводящее соединение, причем монтажная поверхность размещена на расстоянии от светодиодного источника света, указанные монтажные поверхности разнесены вдоль по меньшей мере части внешней стенки корпуса, а объем полого пространства составляет по меньшей мере половину величины А3/2, причем А является площадью поверхности передней торцевой стенки полого пространства, наибольшая глубина которого составляет по меньшей мере половину величины А1/2.
  2. 2. Оптическое сигнальное устройство по п.1, отличающееся тем, что объем полого пространства (7), по существу, составляет величину А3/2 и его глубина А1/2, причем А является площадью поверхности передней торцевой стенки полого пространства.
  3. 3. Оптическое сигнальное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что соотношение наибольшего линейного размера полого пространства (7) к наименьшему менее чем 2:1.
  4. 4. Оптическое сигнальное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что проецированная поверхность общего корпуса является по всем направлениям, по существу, равновеликой.
  5. 5. Оптическое сигнальное устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что внешние стенки имеют увеличение поверхности посредством ребер охлаждения (15) или других выступов, способствующих отводу тепла.
  6. 6. Оптическое сигнальное устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что грани стенок корпуса выполнены, по существу, сплошными, однако имеют отверстия (13, 10) для выхода света и подвода электрических линий энергоснабжения или соответственно линий управления (11), а также для вентиляции, выравнивания влажности и давления.
  7. 7. Оптическое сигнальное устройство по одному или нескольким пп.1-6, отличающееся тем, что корпус состоит из нескольких частей (1а, 1Ь, 1с), причем места контактов выполнены теплопроводящими.
  8. 8. Оптическое сигнальное устройство по одному или нескольким пп.1-7, отличающееся тем, что светодиодный источник (2) света или несколько светодиодных источников (2') света расположены на передней стороне промежуточной стенки (4) в полом пространстве (7) корпуса, торцевая стенка выполнена в виде шторки (8) с точно подогнанными отверстиями (13) и имеет матово-черную светопоглощающую переднюю сторону.
  9. 9. Оптическое сигнальное устройство по одному или нескольким пп.1-7, отличающееся тем, что один светодиодный источник (2) света или несколько светодиодных источников (2') света закреплены на платах (3) на внутренней стороне передней торцевой стенки корпуса термически проводящими соединениями, передняя торцевая стенка выполнена в виде шторки (8), которая выполнена с точно подогнанными отверстиями (13) для светодиодных источников света и имеет светопоглощающую переднюю сторону.
  10. 10. Оптическое сигнальное устройство по одному или нескольким пп.1-7, отличающееся тем, что один светодиодный источник (2) света или несколько светодиодных источников (2') со своей платой (3''') закреплены термически проводящими соединениями на передней стороне торцевой стенки (4''') корпуса, плата выполнена термически проводящей, а на передней стороне - матово-черной и светопоглощающей.
  11. 11. Оптическое сигнальное устройство по одному или нескольким пп.1-10, отличающееся тем, что один светодиодный источник (2) света или несколько светодиодных источников (2') с термически проводящей платой (3''') плотно залиты на передней стороне торцевой стенки (4''') корпуса с помощью матово
    - 9 015259 черной светопоглощающей заливочной массы.
  12. 12. Оптическое сигнальное устройство по одному или нескольким пп.1-11, отличающееся тем, что электрический нагрузочный элемент (9) расположен в одной части корпуса (1Ь) и прижат посредством пружины (14) к поверхности прилегания в другой части корпуса (1а).
  13. 13. Оптическое сигнальное устройство по одному или нескольким пп.1-12, отличающееся тем, что электрический нагрузочный элемент (9) закреплен в другом месте, которое не имеет инсоляции, например на промежуточной стенке в полом пространстве (7), в верхней области шторки (8).
  14. 14. Оптическое сигнальное устройство по одному или нескольким пп.1-13, отличающееся тем, что для тепловой компенсации в корпусе предусмотрено уплотнение из прессованного изоляционного материала между частью корпуса со светодиодным источником света и частью корпуса с нагрузочным элементом.
EA200702246A 2007-10-09 2007-11-14 Оптическое сигнальное устройство EA015259B1 (ru)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0160507A AT505154B1 (de) 2007-10-09 2007-10-09 Optische signaleinrichtung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200702246A1 EA200702246A1 (ru) 2009-04-28
EA015259B1 true EA015259B1 (ru) 2011-06-30

Family

ID=39944545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200702246A EA015259B1 (ru) 2007-10-09 2007-11-14 Оптическое сигнальное устройство

Country Status (3)

Country Link
AT (1) AT505154B1 (ru)
EA (1) EA015259B1 (ru)
UA (1) UA93674C2 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102812290B (zh) * 2010-04-09 2016-08-03 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有平滑截止的照明设备
US9068704B2 (en) 2010-09-21 2015-06-30 Dialight Corporation Integrated signal light head
US8797183B2 (en) 2010-09-21 2014-08-05 Dialight Corporation Integrated signal light head
EP2780627B1 (en) * 2011-11-17 2017-11-08 OSRAM GmbH Led illuminating device
EP2628652B1 (de) * 2012-02-14 2014-04-30 Siemens Schweiz AG LED-Lichtquelle für ein Zwergsignal
EP2653365B1 (de) * 2012-04-18 2014-06-04 Siemens Schweiz AG Lichtsignal enthaltend eine LED-Lichtquellen-Anordnung zum Ersatz einer Glühlampen-Anordnung
DE102013111518A1 (de) 2013-10-18 2015-04-23 Hella Kgaa Hueck & Co. Leuchteinheit für ein Kraftfahrzeug
DE102014205225A1 (de) * 2014-03-20 2015-09-24 Siemens Aktiengesellschaft Signalgeber zur Abgabe eines Lichtsignals

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT399413B (de) * 1990-03-23 1995-05-26 Zelisko Josef Elektro Masch Lichtsignalanordnung, insbesondere verkehrsampel für den strassen- und schienenverkehr
DE19948592A1 (de) * 1998-03-02 2001-04-12 H E Willams Inc Durch Leuchtdioden angeregte fluoreszierende Phosphorleuchtenanordnung
EP0979597B1 (en) * 1997-04-30 2002-07-24 Signal House Limited Traffic signals
RU2222831C1 (ru) * 2002-05-18 2004-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "ВА Инструментс" Сигнальное оптическое устройство
RU56558U1 (ru) * 2006-03-13 2006-09-10 Билал Аругович Билалов Устройство охлаждения светодиодной матрицы

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6435459B1 (en) * 1999-10-28 2002-08-20 Dialight Corporation LED wayside signal for a railway
DE10216085A1 (de) * 2002-04-11 2003-11-06 Sill Franz Gmbh Farbwechselstrahler
GB0209069D0 (en) * 2002-04-20 2002-05-29 Ewington Christopher D Lighting module
DE202006004482U1 (de) * 2006-03-21 2006-05-24 Chen, Chuen-Shing, Shen-Kang Wasserbeständige Beleuchtungsvorrichtung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT399413B (de) * 1990-03-23 1995-05-26 Zelisko Josef Elektro Masch Lichtsignalanordnung, insbesondere verkehrsampel für den strassen- und schienenverkehr
EP0979597B1 (en) * 1997-04-30 2002-07-24 Signal House Limited Traffic signals
DE19948592A1 (de) * 1998-03-02 2001-04-12 H E Willams Inc Durch Leuchtdioden angeregte fluoreszierende Phosphorleuchtenanordnung
RU2222831C1 (ru) * 2002-05-18 2004-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "ВА Инструментс" Сигнальное оптическое устройство
RU56558U1 (ru) * 2006-03-13 2006-09-10 Билал Аругович Билалов Устройство охлаждения светодиодной матрицы

Also Published As

Publication number Publication date
UA93674C2 (ru) 2011-03-10
EA200702246A1 (ru) 2009-04-28
AT505154B1 (de) 2008-11-15
AT505154A4 (de) 2008-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA015259B1 (ru) Оптическое сигнальное устройство
US5785418A (en) Thermally protected LED array
JP6007326B2 (ja) 汎用型ｌｅｄ電球の構成方法とクランプリング構造のｌｅｄ電球及びｌｅｄ灯具
CN101666435B (zh) 带散热装置的led灯具及其加工方法
EP2232133B1 (en) Optoelectronic module and illumination device
CN105972535A (zh) 一种led汽车头灯
CN105927914A (zh) 一种led汽车头灯
KR101778869B1 (ko) 통용성 led 벌브 구성 방법과 스냅 링 렌즈 타입 led 벌브 및 led 램프
KR20110085922A (ko) 엘이디 조명기구 및 이를 이용한 조명장치
KR102581982B1 (ko) 내부 열의 신속한 방출구조를 갖는 운영정보 송출타입 바닥형 보행신호등
US9752770B2 (en) Light-emitting diode light fixture with channel-type heat dissipation system
CN201944672U (zh) Led照明灯
KR101132972B1 (ko) 방열구조 엘이디 등기구
CN201246634Y (zh) Led路灯
CN104896413B (zh) 一种led路灯***
JP2011228255A (ja) 光学ユニットおよび照明装置
CN205227131U (zh) 一种led汽车头灯
CN103335257B (zh) 聚光灯
KR102416269B1 (ko) 상변화물질이 포함된 엘이디 조명모듈
US20100073943A1 (en) Outdoor Light-Emitting Diode Light Fixture and Lamp Casing Device Thereof
CN202947010U (zh) 一种led户外灯具光组件
CN205227130U (zh) 一种led-cob车灯
CN104896393B (zh) 一种led路灯
US20150354804A1 (en) Outdoor public lighting lamp having light-emitting diodes and street lamp or lamp-post provided with such a lamp
GB2464518A (en) Outdoor light emitting diode lamp with sunshade

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): BY RU