IT201900012570A1 - Modulo illuminante led e sistema di montaggio della scheda led di detto modulo - Google Patents

Description

MODULO ILLUMINANTE LED E SISTEMA DI MONTAGGIO DELLA SCHEDA

LED DI DETTO MODULO

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda il settore dell’illuminazione ed in particolare riguarda un modulo di illuminazione di tipo LED, ovvero dotato di una scheda PCB LED con un’elevata efficienza di dissipazione del calore.

I moduli di illuminazione a luce LED si compongono, tradizionalmente, di una scheda PCB che supporta le sorgenti di luce puntiforme LED (più sinteticamente scheda PCB LED), una o più strutture riflettenti ottiche, un vetro, e un elemento dissipatore; quest’ultimo è necessario per questo tipo di applicazioni in quanto la scheda PCB LED, essendo interessata dall’attraversamento di correnti anche molto elevate, produce calore che deve essere dissipato per non compromettere il funzionamento della scheda stessa.

Ancora più nel dettaglio, la scheda PCB LED viene montata sull’elemento dissipatore che ha la funzione di dissipare il calore emesso dalla scheda stessa. Sulla scheda PCB LED vengono disposte l’una o più strutture riflettenti ottiche, che solitamente sono materializzate da una maschera avente un numero di forature compatibile con le sorgenti di luce LED, dove ogni foratura è delimitata da facce riflettenti opportunamente sagomate, ad esempio in forma di paraboloidi o superfici coniche o generalmente curve. Maschera, scheda PCB LED e dissipatore vengono quindi disposte a sandwich, in una configurazione sovrapposta a pacchetto. Comunemente il dissipatore è solidale ad un carter di un proiettore o in generale di un dispositivo di illuminazione. Pertanto, la scheda PCB LED e la relativa maschera sono fissate al dissipatore trovando alloggiamento entro una opportuna sede ricavata nel carter. A chiusura di tale sede si dispone un vetro o comunque una lastra di materiale trasparente, che contribuisce a mantenere in posizione gli elementi illuminanti e al contempo li protegge impedendo l’ingresso di sporco e simili. Esistono ad ogni modo soluzioni in cui dissipatore, scheda PCB LED e maschera sono pre-assemblati e poi a loro volta vincolati al carter o generalmente alla struttura del proiettore. Attualmente il fissaggio della scheda PCB LED al dissipatore avviene tramite collegamenti filettati. Ad esempio, un fissaggio molto comune prevede di fissare la scheda PCB LED al dissipatore in almeno due punti, alle estremità, lasciando la parte centrale libera da elementi di fissaggio. Tale soluzione presenta tuttavia delle problematiche non ancora risolte. In particolare, quando la scheda PCB LED si riscalda tende a deformarsi e, essendo vincolata solo in alcuni punti al dissipatore (ad esempio alle estremità come appena sopra descritto), tende a deformarsi in modo plastico, imbarcandosi, ovvero a deformarsi nel senso di allontanamento dalla superficie del dissipatore, in quelle aree dove non è vincolata. A questo punto è evidente che ci saranno aree della scheda prossime al dissipatore, mentre aree della scheda maggiormente distanti e quindi scarsamente interessate dallo scambio termico con la superficie del dissipatore. Tali aree rappresentano pertanto zone critiche, dove la temperatura della scheda può salire a livelli di malfunzionamento o rottura.

Questa problematica è maggiormente sentita per schede PCB LED di applicazione professionale, ovvero in moduli illuminanti di medio-alta potenza destinati all’illuminazione di grandi aree (parcheggi, aeroporti, svincoli autostradali, ecc.), di aree sportive (campi da calcio e da gioco in generale), di aree di spettacolo (palcoscenici, anfiteatri, teatri, cinema, ecc.).

Scopo della presente invenzione è quello di superare le criticità sopra elencate, fornendo un modulo illuminante ed un relativo proiettore installante uno o più di tali moduli che, attraverso un alternativo sistema di fissaggio della scheda PCB LED al dissipatore, non sia soggetto a rotture o malfunzionamenti a causa del surriscaldamento della scheda stessa.

In generale è scopo dell’invenzione quello di fornire un modulo illuminante che abbia un’elevata efficienza di dissipazione del calore prodotto dalla scheda PCB LED.

Ulteriore scopo della presente invenzione è fornire un sistema di fissaggio della scheda PCB LED entro una sede di un proiettore che sia alternativo rispetto ai sistemi di fissaggio attualmente noti.

Tali scopi vengono raggiunti dal modulo di illuminazione e dal relativo proiettore le cui caratteristiche essenziali sono definite dalla prima e dalla decima delle rivendicazioni annesse. Altre importanti caratteristiche accessorie sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi del modulo di illuminazione e del relativo proiettore, risulteranno più chiaramente dalla descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con riferimento ai disegni annessi in cui:

- la figura 1 è una vista di un proiettore che installa un modulo secondo l’invenzione, con tale modulo e la relativa porzione di proiettore mostrato in esploso;

- la figura 2 è una vista del proiettore, sezionato secondo un piano trasversale, ovvero un piano perpendicolare ad un asse di rotazione del proiettore atto in montaggio a mantenersi parallelo al suolo;

- la figura 3 è un ingrandimento di una regione del proiettore atta all’alloggiamento del modulo;

- la figura 4 rappresenta in vista ingrandita la parte della figura 3 evidenziata dal cerchio indicato con il riferimento IV;

- la figura 5 mostra isolatamente un modulo secondo l’invenzione; e

- la figura 6 mostra in sezione secondo un piano trasversale un modulo secondo l’invenzione.

Con riferimento a dette figure, un modulo di illuminazione 1 secondo l’invenzione comprende una scheda PCB LED 10, ovvero una scheda circuitale PCB dalla quale emerge una pluralità ordinata di sorgenti di luce LED 100; in particolare le sorgenti affiorano da una faccia superiore 10a della scheda. La scheda PCB LED può avere varie forme; una forma usuale è quella rappresentata nelle figure, ovvero sostanzialmente lastriforme. Una forma preferita è quella sostanzialmente lastriforme e rettangolare. La scheda definisce quindi un piano XY (dove per convenzione nel caso di forma rettangolare Y è considerato l’asse relativo al lato di lunghezza maggiore, mentre X è l’asse ortogonale a Y). È inoltre definito un asse Z che è l’asse focale delle sorgenti luminose, perpendicolare al piano XY.

Il modulo 1 comprende inoltre strutture di riflessione ottica, associate ciascuna ad una rispettiva sorgente di luce LED e tali da direzionare la luce emessa alla sorgente nella direzione desiderata. Tali strutture di riflessione ottica sono materializzate da facce riflettenti di varia forma (quale ad esempio ma non limitativamente parabolidale o conica o planare o generalmente curva) che si dispongono nell’intorno della sorgente di luce, in modo da affacciarsi verso essa per riceverne la radiazione luminosa emessa e poterla riflettere verso l’esterno o comunque verso la direzione desiderata. Ciascuna faccia riflettente si sviluppa sostanzialmente in altezza secondo l’asse Z, dal piano XY.

In una soluzione realizzativa preferita le strutture di riflessione sono sagomate su di una maschera 11 atta ad essere montata a pacchetto in sovrapposizione sulla scheda PCB LED 10. Nella maschera 11 sono realizzati fori di passaggio della luce 11a ciascuno dei quali atto a corrispondere, in montaggio, con una rispettiva sorgente luminosa LED e le summenzionate facce riflettenti 11b, definite a delimitare tali fori di passaggio della luce. Fori e facce riflettenti definiscono le summenzionate strutture di riflessione ottica. Ancora, la maschera definisce una faccia inferiore 11c, che corrisponde in montaggio alla faccia superiore 10a della scheda.

Con particolare riferimento alla figura 6, la maschera prevede uno o più mezzi di aggancio 12 della maschera alla scheda PCB LED atti ad impegnarsi entro sedi 13 complementari realizzate sulla scheda PCB LED, ovviamente in posizione compatibile, cioè in zone della scheda non interessate da componenti circuitali o dalle sorgenti di luce LED. I mezzi di aggancio, sono preferibilmente del tipo a scatto 12 e una volta impegnati entro le rispettive sedi complementari, sporgono da una faccia inferiore 10b della scheda PCB LED, definendo rispettive estremità di riferimento, la cui funzione, legata al montaggio del modulo entro un proiettore, sarà più chiara in seguito. In una forma realizzativa preferita, ciascun mezzo di aggancio a scatto 12 comprende una rispettiva sporgenza 12 che si protende dalla maschera 11, ed in particolare dalla faccia inferiore 11c.

In una variante realizzativa, la maschera 11 è realizzata per sovrapposizione di due semi-maschere 110, 111, il cui accoppiamento definisce le summenzionate superfici riflettenti.

Secondo un aspetto peculiare dell’invenzione il modulo comprende uno o più mezzi distanziali 15 atti a mantenere la scheda PCB LED stessa a contatto o comunque in stretta prossimità con una superficie di dissipazione, associata al modulo in montaggio, come sarà più chiaro oltre nella descrizione, per effetto di una azione di spinta di tipo elastico esercitata sostanzialmente secondo l’asse Z, l’azione di spinta essendo esercitata contro una superficie di chiusura della sede dove il modulo è alloggiato.

Di seguito viene descritta la soluzione realizzativa illustrata nelle figure, in cui i mezzi distanziali 15 sono solidali alla maschera.

Ciascuno dei mezzi distanziali 15 è alloggiato in un proprio alloggiamento 14 ricavato entro detta maschera.

Nella soluzione con maschera 11 definita dall’accoppiamento di due semimaschere, gli alloggiamenti tubolari 14 dei mezzi distanziali sono definiti per allineamento di rispettivi segmenti di alloggiamento tubolare realizzati su ciascuna delle due semi-maschere. Ciascun alloggiamento tubolare 14 ha una estensione principale secondo l’asse Z.

Scendendo maggiormente in dettaglio, ciascuno dei mezzi distanziali comprende un elemento 150 che risponde elasticamente ad una sollecitazione esterna, con una deformazione secondo l’asse Z. Nella forma realizzativa illustrata tale elemento elastico è una molla 150, quale ad esempio una molla a compressione. Nella soluzione realizzativa rappresentata nelle figure la molla è del tipo elicoidale. La molla è vincolata con una sua estremità fissa 150a ad una superficie di fondo 14a dell’alloggiamento 14 (che è quella maggiormente prossima alla scheda PCB LED) mentre una sua estremità opposta 150b è libera. Tale estremità opposta supporta, in assetto sporgente dall’alloggiamento, un elemento di spinta 151. Tale elemento di spinta ha un terminale 151a sporgente dall’alloggiamento 14 che se premuto con una determinata forza (tale da vincere la resistenza della molla 150), trasla secondo l’asse Z. Eventualmente, in altre forme realizzative, l’elemento di spinta 151 può essere completamente aggettante dall’alloggiamento 14.

In una variante realizzativa i mezzi distanziali 15 possono essere solidali direttamente alla scheda PCB LED. In questa soluzione (non mostrata nelle figure) la maschera prevede analogamente a quanto sopra descritto alloggiamenti 14, tuttavia tali alloggiamenti sono passanti, l’elemento elastico infatti è vincolato con una sua estremità fissa 150a direttamente alla faccia superiore 10a della scheda PCB e attraversa l’alloggiamento 14 per consentire all’elemento di spinta 151 di sporgere dalla faccia superiore 11d della maschera.

Sono previste soluzioni in cui i mezzi distanziali sono in numero maggiore di uno, e tale numero dipende da vari fattori quali, le dimensioni della scheda PCB LED, il numero di sorgenti luminose LED, il voltaggio della scheda ecc.. In generale quando i mezzi distanziali sono più di uno, essi sono organizzati in modo regolare sulla scheda PCB LED ed in particolare sono disposti almeno nell’intorno di suoi spigoli e di sue aree centrali.

Con particolare riferimento alle figure da 1 a 4, il modulo così realizzato viene inserito in un proiettore 2 che comprende una sede 2’ di alloggiamento per il modulo. La sede 2’ è limitata da una superficie di fondo 20, di dimensioni e forma compatibili per l’appoggio del modulo. Nel caso di scheda PCB LED lastriforme e rettangolare la superficie di fondo avrà analoghe dimensioni e sarà sostanzialmente planare. Tale superficie di fondo 20 materializza la summenzionata superficie di dissipazione.

Sulla superficie di dissipazione 20 sono realizzati recessi 200 per accogliere le sopracitate estremità di riferimento 12a, definite dalle estremità sporgenti dei mezzi di aggancio a scatto (si veda ad esempio la figura 3 o la figura 4). A questo punto è chiaro che le protuberanze fungono da riferimento per il montaggio del modulo entro la sede del proiettore ed in particolare rispetto alla superficie di dissipazione e al contempo, il loro impegno entro i recessi, stabilizza la collocazione del modulo in relazione alla superficie di dissipazione, oltre che consente di montare la scheda PCB LED a contatto o in stretta prossimità con la superficie di dissipazione 20 stessa, per avere una superficie di scambio termico tra elemento dissipatore e scheda più ampia possibile.

L’apertura della sede 2 è intercettata da una superficie di chiusura 21 quale ad esempio una lastra trasparente (di vetro o altro materiale opportuno) che si dispone parallelamente alla superficie di dissipazione 20.

La lastra trasparente 21 chiude la sede 2 e quindi impedisce l’ingresso di sporcizia o umidità, proteggendo il modulo illuminante dagli agenti esterni.

In montaggio, lastra trasparente 21 e superficie di dissipazione 20 risultano perpendicolari all’asse Z del modulo e reciprocamente distanziate su di esso.

La lastra trasparente 21 è montata solidale al carter del proiettore, in modo noto, pertanto non descritto in dettaglio. Nella figura 1 sono comunque visibili le guarnizioni e le interfacce per il montaggio della lastra sul carter.

Con particolare riferimento alle figure 3 e 4, gli elementi di spinta 151, riscontrano in montaggio sulla lastra trasparente 21, mantenendo il modulo 1 ed in particolare la scheda PCB LED 10 a contatto con la superficie di dissipazione 20. Quando la scheda è soggetta a riscaldamento tenderà a deformarsi. Tale deformazione tuttavia, visto che la scheda non è rigidamente vincolata alla superficie di dissipazione 20, si distribuirà uniformemente sulla sua interezza, traducendosi in una eventuale deformazione (elastica) globalmente distribuita sul piano XY o in minima misura lungo Z, ma tale deformazione verrà comunque compensata dall’azione degli elementi di spinta che manterranno la scheda 1 sempre a contatto o in sostanziale contatto o in stretta prossimità con la superficie di dissipazione 20, mantenendo attivo lo scambio termico e quindi impedendo la formazione di picchi di calore in determinate aree della scheda.

Tale soluzione di montaggio risulta quindi particolarmente vantaggiosa perché evita o comunque riduce fortemente i malfunzionamenti/guasti della scheda PCB LED legati al surriscaldamento.

Inoltre tale soluzione di montaggio di fatto non prevede collegamenti filettati, quindi non è necessario forare la scheda PCB o la superficie di dissipazione. In generale quindi il montaggio risulta più semplice e facile da realizzare.

Il proiettore può avere una o più sedi, per ospitare altrettanti moduli di illuminazione.

La presente invenzione è stata fin qui descritta con riferimento a sue forme di realizzazione preferite. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un modulo di illuminazione atto ad essere inserito in una sede fornita in un proiettore e comprendente una superficie di chiusura e una superficie di dissipazione del calore tra le quali viene disposto il modulo, detto modulo comprendendo: - una scheda PCB LED (10) a sua volta comprendente una pluralità di sorgenti (100) puntiformi di luce LED, detta pluralità di sorgenti definendo ciascuna un proprio asse ottico (Z), perpendicolare ad una faccia superiore (10a) di detta scheda PCB da cui emergono dette sorgenti; - una maschera (11) montata con una sua faccia inferiore (11c) in assetto sovrapposto su detta faccia superiore (10a) di detta scheda PCB, detta maschera prevedendo una pluralità di strutture di riflessione ottica (11a, 11b) ciascuna delle quali atta a corrispondere con una rispettiva sorgente di detta pluralità, detta maschera prevedendo inoltre una faccia superiore (11d) opposta a detta faccia inferiore (11c); -uno o più mezzi di aggancio (12) per fissare detta maschera (11) a detta scheda PCB (10); detto modulo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere uno o più mezzi distanziali (15) atti ad esercitare un’azione di spinta di tipo elastico diretta sostanzialmente secondo l’asse ottico (Z), detti mezzi distanziali (15) aggettando da detta faccia superiore (11d) di detta maschera (11), per cui quando detto modulo è inserito in detta sede del proiettore, detti mezzi distanziali sono atti a esercitare un’azione di spinta contro detta superficie di chiusura di detta sede per mantenere detta scheda PCB, ed in particolare una faccia inferiore (10b) di detta scheda, a contatto o in stretta prossimità di detta superficie di dissipazione del calore di detta sede.
2. 2. Il modulo di illuminazione secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuno di detti uno o più mezzi distanziali (15) comprende una molla (150) che ha una risposta elastica diretta fondamentalmente secondo detto asse (Z), dove detta molla (150) supporta ad una sua estremità libera (150b) un elemento di spinta (151).
3. 3. Il modulo di illuminazione secondo la rivendicazione 2, in cui almeno detto elemento di spinta (151) o almeno una porzione di esso, aggetta da detta faccia superiore (11d) di detta maschera (11).
4. 4. Il modulo di illuminazione secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detta maschera comprende un alloggiamento tubolare (14) avente una estensione principale secondo l’asse (Z).
5. 5. Il modulo di illuminazione secondo la rivendicazione 4 in cui detta molla (150) è solidale con una sua estremità fissa (150a) opposta a detta estremità libera (150b) ad una superficie di fondo di detto alloggiamento (14).
6. 6. Il modulo di illuminazione secondo la rivendicazione 4, in cui detta molla (150) attraversa detto alloggiamento (14) essendo solidale con una sua estremità fissa (150a) opposta a detta estremità libera (150b) a detta faccia superiore di detta scheda PCB LED.
7. 7. Il modulo di illuminazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6 in cui detta molla è una molla elicoidale.
8. 8. Il modulo di illuminazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente una pluralità di elementi distanziali (15) disposti almeno nell’intorno di suoi spigoli e di sue aree centrali.
9. 9. Il modulo di illuminazione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detti uno o più mezzi di aggancio (12) comprendono ciascuno una sporgenza che aggetta da detta maschera (11) atta all’impegno a scatto in una rispettiva sede (13) realizzata su detta scheda PCB LED, detta sporgenza una volta impegnata in detta sede aggettando da detta faccia inferiore (10b) di detta scheda PCB LED, per definire una estremità di riferimento di montaggio di detto modulo.
10. 10. Un proiettore comprendente almeno una sede (2’) per l’alloggiamento di un rispettivo modulo di illuminazione (1) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni dalla 1 alla 9, detta almeno una sede (2’) comprendendo una superficie di dissipazione (20) e una superficie di chiusura (21) di detta almeno una sede, reciprocamente parallele e distanziate secondo detto asse (Z), detto modulo (1) essendo inserito entro detta sede (2’) con una faccia inferiore di detta scheda PCB LED (10b) a contatto o in stretta prossimità con detta superficie di dissipazione e con detti mezzi distanziali (15) rivolti e in configurazione di spinta contro detta superficie di chiusura (21), in modo tale che detta azione di spinta di detti mezzi distanziali contro detta superficie di chiusura mantenga detta faccia inferiore (10b) di detta scheda PCB LED in contatto o stretta prossimità con detta superficie di dissipazione.
11. 11. Il proiettore secondo la rivendicazione 11, in cui su detta superficie di dissipazione (20) sono realizzati recessi ciascuno dei quali ospitando una di dette estremità di riferimento definite da detti mezzi di aggancio.
12. 12. Il proiettore secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detta superficie di chiusura è realizzata in materiale trasparente.