ITUD20130113A1 - Dispositivo di segnalazione luminosa - Google Patents

Description

DESCRIZIONE EMENDATA (COPIA PULITA)

Descrizione

Il presente trovato ha per oggetto un dispositivo di segnalazione luminosa particolarmente adatto per la segnalazione di ostacoli al volo oppure utili a tutti i settori dell'industria che devono realizzare strutture di altezza superiore a circa 40m come edifici, stabilimenti industriali, camini, tralicci, antenne o impalcature.

Le lampade per la segnalazione di ostacoli al volo sono utili a tutti i settori dell’Industria che devono realizzare strutture di altezza superiore a circa 40 m: edifici, stabilimenti industriali, camini, tralicci, antenne, impalcature. Negli ultimi anni sono state sviluppate applicazioni per antenne di telecomunicazione, turbine eoliche o torri anemometriche o impianti industriali. Questi dispositivi emettono luce sia fissa che intermittente, sia di giorno che di notte per segnalare l'ostacolo agli aeromobili ed essenzialmente sono costituiti da una sorgente luminosa, tipicamente una sorgente LED, un sistema elettronico di regolazione ed un sistema di alimentazione, il quale può essere un sistema autonomo oppure collegato ad una rete esterna.

Le caratteristiche fotometriche sono regolamentate da differenti normative ad esempio la normativa internazionale ICAO e quella americana FAA. In particolare, tali normative prevedono che i dispositivi trasmettano una notevole intensità di luce secondo una maschera di emissione molto specifica e stringente studiata per ottenere il massimo effetto di segnalazione dell’ostacolo per gli aeromobili ed evitare un fastidioso inquinamento luminoso a terra. In aggiunta ai requisiti fotometrici questi segnalatori devono resistere a sollecitazioni ambientali critiche (range di temperatura anche tra -40 °C e 55 “C, rischio di esplosione, presenza di forti campi elettromagnetici) garantendo continuità di funzionamento per 10-15 anni. I malfunzionamenti e guasti devono essere minimizzati in quanto i costi di intervento sono molto elevati e devono essere gestiti con sistemi ad altissima affidabilità.

Inoltre, le lampade di segnalazione presentano notevoli criticità nello smaltimento del calore generato dalla sorgente luminosa specialmente quando è costituita da un LED (o un array di LED) di potenza. Infatti il calore generato condiziona in modo determinante le performance e la durata dell'elettronica e la potenza luminosa irraggiata dai LED. Questa problematica è particolarmente rilevante quando tali dispositivi di segnalazione sono installati in ambienti a rischio di esplosione come raffinerie petrolifere e per questo devono essere installati entro strutture meccaniche antideflagranti ovvero strutture dotate di camere stagne ed altri accorgimenti che impediscono la propagazione all'esterno del segnalatore di un eventuale esplosione.

Negli anni l'evoluzione dello stato della tecnica nel settore si è orientata, da un lato, a garantire un efficiente smaltimento del calore generato dalle sorgenti luminose specialmente nel caso di installazioni in ambienti a rischio di esplosione, dall'altro, ad assicurare migliorate prestazioni fotometriche rispettose dei vincoli normativi.

Per quanto riguarda la dissipazione del calore, sono note allo stato della tecnica svariate soluzioni le quali, a seconda della specifica applicazione, sfruttano sia meccanismi di convezione sia di conduzione del calore.

La convezione del calore rappresenta un meccanismo molto efficace per lo smaltimento del calore quando sia possibile generare nel segnalatore grandi flussi di scambio termico con l'ambiente esterno e dunque altrettanto grandi sezioni di flusso convettivo. Un meccanismo di questo tipo è stato ad esempio sfruttato da Obelux OY (FI20030000176) che ha messo a punto un segnalatore per ostacoli al volo caratterizzato da un corpo tubolare a sezione poligonale completamente aperto alle due estremità che consente un raffreddamento molto efficiente. Questa soluzione, per quanto valida sotto il profilo dello smaltimento del calore e delle caratteristiche fotometriche, non può tuttavia essere applicata in ambienti a rischio di esplosione in quanto non è compatibile con l'installazione su una meccanica antideflagrante. Per ovviare a questo serio inconveniente sono state proposte ulteriori soluzioni. Ad esempio nel modello di utilità italiano IT2010PD0057U1 a nome Combustion & Energy Srl, è descritto un segnalatore specificatamente destinato all'impiego in ambienti a rischio di esplosione caratterizzato da un circuito di raffreddamento ad aria ricavato nella struttura meccanica e comprendente una serie di intercapedini all'interno del quale si instaura un moto convettivo che dovrebbe essere sufficiente a scaricare nell’ambiente esterno il calore generato dalle sorgenti LED. In realtà, per i limitati flussi convettivi in gioco, tale circuito interno non appare il principale meccanismo di dissipazione del calore che viene di fatto sostituito dalla conduzione tra i diversi elementi meccanici e quindi dallo scambio elemento meccanicoambiente esterno. Inoltre questa soluzione presenta un struttura meccanica abbastanza complicata che rende difficoltosa la realizzazione in un unico pezzo, ad esempio mediante stampaggio, ed impone infine vincoli dimensionali alla configurazione del sistema ottico. Pertanto, allo stato della tecnica non è disponibile un efficiente meccanismo di smaltimento del calore per segnalatori luminosi specificatamente destinati all'impiego in ambienti a rischio di esplosione.

Per quanto riguarda l’ottimizzazione delle prestazioni fotometriche, sono state proposte diverse configurazioni ottiche sia “in trasmissione”, basate su sorgenti luminose, tipicamente LED, focalizzate da una lente a sviluppo longitudinale di forma più o meno complessa, sia “in riflessione” nelle quali il flusso luminoso in uscita dal segnalatore proviene da una superficie riflettente. La presente invenzione appartiene alla seconda categoria di dispositivi segnalatori.

Nella tecnica nota dei sistemi "in riflessione”, gli specchi non si limitano a riflettere il flusso luminoso ma svolgono una funzione di concentrazione del flusso stesso. Per aumentare la potenza luminosa, solitamente vengono utilizzati diversi riflettori identici disposti simmetricamente su un piano in modo da formare un modulo ottico impilabile in più piani. Configurazioni di questo tipo, ad esempio descritte nel documento US 2006/0209541 a nome Dialight Corp., sono basate su riflettori che sfruttano le proprietà delle superfici coniche, tipicamente paraboloidi, o di altre superfici con equivalenti proprietà "focalizzanti".

Normalmente nelle configurazioni ottiche “in trasmissione" è inserita anche una lente, in genere di tipo semisferico, conico, a cono rovesciato o comunque una lente che non possiede uno sviluppo orizzontale rispetto l'asse ottico. Ad esempio, sempre nel documento US 2006/0209541, la lente presenta una sezione costante che viene proiettata lungo un asse di estrusione tipicamente a circa 90° rispetto all’asse ottico della lente.

Queste soluzioni note “in trasmissione" presentano come principale difetto vincoli dimensionali imposti dalle stringenti condizioni geometriche che devono insistere tra la posizione della sorgente, quella della lente e la forma della superficie affinché quest’ultima esplichi un’efficace proprietà focalizzante del flusso luminoso rispettoso delle normative sopra citate. Tale inconveniente non è particolarmente problematico quando il segnalatore è applicato in ambienti non a rischio di esplosione in quanto i vincoli dimensionali non sono in genere in conflitto con la necessità di assicurare un adeguato smaltimento del calore, come nel caso della citata soluzione descritta nel documento FI20030000176 a nome Obelux. Tuttavia, quando il segnalatore è specificatamente destinato per ambienti a rischio di deflagrazione, i vincoli dimensionali imposti dal sistema ottico uniti a quelli imposti dal sistema in grado di garantire un' efficiente dissipazione del calore sono tra loro in conflitto a meno di non aumentare le dimensioni del segnalatore, una soluzione difficilmente praticabile in quanto renderebbe il dispositivo pesante, difficile da installare e dunque non adatto alle esigenze del settore.

Per questi motivi allo stato della tecnica non appare risolto in modo adequato il problema di realizzare un segnalatore di ostacoli al volo in grado di coniugare, con il minor consumo elettrico possibile, sia un’intensità luminosa entro gli angoli di emissione prescritti dalle norme, sia un’elevata capacità di disperdere il calore per consentirne l'applicazione in ambienti a rischio di esplosione, ed al contempo dotato di una struttura meccanica compatta e semplice costruttivamente.

Partendo dunque, dai limiti dei sistemi noti allo stato attuale dell’arte, la presente invenzione intende superarli in maniera compiuta.

In particolare, compito principale del presente trovato è fornire un dispositivo di segnalazione luminosa per ostacoli, particolarmente per ostacoli al volo, in grado di coniugare le caratteristiche fotometriche previste dalle normative di settore con un'elevata capacità di disperdere il calore per l'applicazione anche in ambienti a rischio di esplosione.

Nell’ambito del compito principale sopra esposto, un primo importante scopo del presente trovato è realizzare un dispositivo di segnalazione luminosa caratterizzato da un sistema ottico di tipo “a riflessione” nel quale gli elementi riflettenti non svolgono anche un’azione focalizzatrice dei flussi luminosi generati dalle sorgenti luminose.

Nell’ambito del compito principale sopra esposto, un secondo importante scopo del presente trovato è concretizzare un dispositivo di segnalazione luminosa applicabile in ambienti a rischio di deflagrazione dotato di un sistema di dissipazione del calore efficiente basato sul meccanismo di conduzione in grado superare i limiti delle soluzioni attualmente note.

Ancora, nell'ambito del compito principale sopra esposto, un altro scopo dell’invenzione qui presentata è realizzare un dispositivo di segnalazione luminosa che possa essere facilmente inserito all'interno delle strutture meccaniche antideflagranti disponibili in commercio per applicazione in ambienti a rischio di deflagrazione.

Ancora, nell'ambito del compito principale sopra esposto, un altro scopo dell’invenzione qui presentata è realizzare un dispositivo di segnalazione luminosa che rispetto ai dispositivi equivalenti di tipo noto, sia di più semplice costruzione, abbia caratteristiche modulari e sia dotato di un numero limitato di componenti suscettibili di essere realizzati in corpo unico. Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare mediante tecnologie note un dispositivo di segnalazione luminosa per ostacoli, particolarmente per ostacoli al volo, applicabile anche in ambienti a rischio di esplosione.

Questi ed altri scopi ancora, che più chiaramente appariranno in seguito, vengono raggiunti da un dispositivo di segnalazione luminosa come all'unita rivendicazione 1 ed alle corrispondenti rivendicazioni dipendenti le quali contengono elementi tecnici di dettaglio del dispositivo. Le suddette rivendicazioni, cui si rimanda per brevità di esposizione, sono nel seguito specificatamente e concretamente definite e si intendono parte integrante della presente descrizione.

Vantaggiosamente, il dispositivo di segnalazione luminosa secondo il presente trovato è caratterizzato da un sistema ottico" a specchi contrapposti” e da un sistema di dissipazione del calore per conduzione basato su "heatpipes" ovvero un “condotto termico” che può trasportare grandi quantità di calore in tempi rapidi anche con una differenza molto piccola nella temperatura fra le interfacce calde e fredde.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato, risulteranno maggiormente dalla descrizione di quattro sue forme di esecuzione preferite ma non esclusive, illustrate a titolo indicativo e non limitativo nelle unite tavole di disegni, in cui:

la figura 1 alla lettera (a) rappresenta una vista in sezione passante per l'asse (Z) della meccanica interna del dispositivo di segnalazione luminosa secondo il trovato nella sua prima forma realizzativa, mentre alla lettera (b) una analoga vista in sezione con evidenza di una meccanica esterna antideflagrante all'interno della quale detto dispositivo è installato;

la figura 2 rappresenta, alla lettera (a) una vista prospettica dall'alto del dispositivo di segnalazione luminosa secondo il trovato in una sua prima forma realizzativa; alla lettera (b) una vista prospettica dal basso secondo il trovato nella sua prima forma realizzativa mentre alla lettera (c) in vista prospettica un esploso evidenzia la disposizione dei LED e delle lenti del sistema ottico;

la figura 3 rappresenta una vista in pianta laterale del dispositivo di segnalazione luminosa secondo il trovato in una sua prima forma realizzativa;

- la figura 4 rappresenta una vista in pianta laterale di un sistema comprendente una pluralità di dispositivi di segnalazione luminosa secondo il trovato nella sua terza forma realizzativa.

Con riferimento alle figure precedentemente citate, il dispositivo di segnalazione luminosa secondo il presente trovato, viene indicato nella sua prima forma realizzativa complessivamente con il numero (10). Tale dispositivo di segnalazione luminosa comprende un elemento centrale (11) a simmetria assiale che si sviluppa sostanzialmente lungo l’asse (Z). Detto elemento centrale (11) è preferibilmente un cilindro in metallo reso solidale ad un elemento di base (12), un elemento superiore (13) ed uno o più mezzi di supporto (16) per gli specchi. Preferibilmente detti elementi (12), (13) e detti mezzi di supporto (16) sono in metallo o altro materiale ad elevata conducibilità termica, e sono fissati all’elemento centrale (11) mediante viti ma possono essere utilizzate anche resine epossidiche o altri sistemi di fissaggio utili allo scopo. Detto elemento di base (12), comprende un corpo allungato (121), preferibilmente cilindrico, dotato di una flangia (122) sotto la quale protrude un elemento troncoconico (123). Preferibilmente, il corpo allungato (121), la flangia (122), l’elemento troncoconico (123), come pure l'elemento superiore (13), presentano simmetria assiale rispetto all'asse (Z). Inoltre il corpo allungato (121) dell’elemento di base (12) e l’elemento superiore (13), i quali possono presentare forme diverse l’uno rispetto all'altro, sono vantaggiosamente ruotati l'uno rispetto all’altro di un angolo a, al fine di ottimizzare la resa luminosa del dispositivo secondo il presente trovato come verrà descritto nel seguito.

In tale prima forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del medesimo, il corpo allungato (121) dell’elemento di base (12) e l’elemento superiore (13) presentano un sistema di foratura.

Detto sistema di foratura comprende: una pluralità di fori (141), disposti a piazzola, sull’elemento di base (12) e sul corrispondente elemento superiore (13), ai quali sono fissate le schede comprendenti i LED (181, 18T) per mezzo di opportuni mezzi di fissaggio; uno o più fori (142), e loro corrispondenti ricavati nell'elemento superiore (13), per il fissaggio dei mezzi di supporto (16) per gli specchi tramite opportuni mezzi di fissaggio; uno o più fori (143) e loro corrispondenti sull’elemento superiore, per l'inserimento di spine sopra le quali sono posizionate le lenti (183, 183’), una per ciascuna spina; uno o più fori (144,144’) per l'inserimento di un elemento dissipativo, uno per ciascun foro; uno o più fori (145, 145’) per il passaggio dei cavi di alimentazione e pilotaggio del dispositivo di segnalazione luminosa; uno o più fori per i tiranti ed altri sistemi di fissaggio ad una struttura meccanica esterna ad esempio una meccanica antideflagrante.

Convenientemente detti mezzi di fissaggio possono essere, a titolo esemplificativo e non limitativo del presente trovato, sistemi meccanici come viti o rivetti ma anche sistemi di fissaggio chimico a base di resine epossidiche o altro adesivo utile allo scopo.

A titolo esemplificativo ma non limitativo del presente trovato, l’elemento centrale (11), l’elemento di base (12) e l'elemento superiore (13), possono essere realizzati come parti tra loro separate, oppure possono essere realizzati in un corpo unico, mediante le consuete lavorazioni per asporto, pressofusione, taglio laser o stampaggio secondo le necessità e lo stato della tecnica. Analoghe e vantaggiose strategie di fabbricazione possono essere applicate al corpo allungato (121), alla flangia (122) ed all'elemento troncoconico (123) dell’elemento di base (12) e ai sistemi di foratura presenti, rispettivamente, sull'elemento di base (12) e sull’elemento superiore (13).

Nella prima forma realizzativa del presente trovato, qui descritto a titolo esemplificativo e non limitativo del medesimo, il dispositivo di segnalazione (10) comprende inoltre due superfici di appoggio inferiore (15) e superiore (15'), (ruotata di un angolo a rispetto a (15)) vincolate all’elemento centrale (11) mediante mezzi di fissaggio consueti e noti allo stato della tecnica. Preferibilmente dette superfici di appoggio (15, 15’) sono realizzate in lamierino metallico di spessore all’incirca pari a 2 mm e presentano una forma poligonale con un foro ne! mezzo che può essere realizzata, ad esempio, mediante taglio laser o water-jet. Sulle superfici di appoggio (15, 15’) sono ricavati: uno o più fori (151) per il fissaggio dei mezzi di supporto (16) per gli specchi, ed uno o più fori (152) ai quali sono fissati dei lamierini divisori (165, 165') la cui funzione verrà descritta successivamente. L'elemento centrale (11), l’elemento di base (12) e l’elemento superiore (13), ed i loro sotto-componenti così come sono stati descritti definiscono una meccanica interna la quale può essere facilmente fissata od inserita in una struttura meccanica esterna di tipo tradizionale oppure in una meccanica antideflagrante.

Nella prima forma realizzativa del presente trovato, qui descritto a titolo esemplificativo e non limitativo del medesimo, il dispositivo di segnalazione (10) comprende un sistema ottico (18) comprendente una pluralità di LED (181, 181’), una pluralità di specchi piani (182, 182’), o sostanzialmente piani, ed una pluralità di lenti collimatrici (183, 183’).

Il Richiedente ha trovato utile mettere a punto un’innovativa configurazione a "specchi contrapposti” per garantire un’elevata resa luminosa del dispositivo di segnalazione secondo il presente trovato ed al contempo limitare gli spazi consentiti dalla geometria della meccanica interna. Detta configurazione prevede una pluralità di LED (181, 181’), una pluralità di specchi piani (182, 182'), o sostanzialmente piani; ed una pluralità di lenti collimatrici (183, 183') interposte tra detti LED (181, 181'), e detti specchi (182, 182’), ed è realizzata nel modo riportato di seguito a titolo puramente esemplificativo e non limitativo dei presente trovato.

Una pluralità di LED (181), preferibilmente raggruppati su schede sono disposti lungo un asse longitudinale parallelo a quello di sviluppo delle lenti (183) sulle piazzole ricavate sulla superficie superiore dell'elemento di base (12) e sulla superficie inferiore dell’elemento superiore (13). Il fascio luminoso emesso da un gruppo di LED disposti in una piazzola si propaga in modo sostanzialmente parallelo all'asse (Z) prima di attraversare una lente collimatrice (183) avente un’asse ottico sostanzialmente parallelo all’asse (Z) ed essere riflesso dallo specchio piano (182) o sostanzialmente piano.

Allo scopo di ottenere un fascio luminoso collimato, ma non perfettamente parallelo all'asse (Z), bensì leggermente inclinato, il Richiedente ha trovato conveniente utilizzare una lente (183) caratterizzata da una forma asimmetrica a sezione costante, ricavata per estrusione lungo un asse longitudinale, che è stata ottimizzata partendo da una lente a simmetria circolare e ponendo come funzione di merito la minimizzazione della divergenza angolare. Il fascio verticale diretto sostanzialmente lungo l'asse (Z) in uscita dalla lente (183) viene quindi riflesso da uno specchio (182) anch'esso opportunamente sagomato per ottimizzare l'angolo di apertura verticale secondo le specifiche illuminotecniche richieste e mantenere la luce confinata al di sopra del piano azimutale contenente l’elemento di base (12).

A titolo esemplificativo ma non limitativo del presente trovato, ciascuno degli specchi (182) è montato su un mezzo di supporto (16) tramite un supporto (161) il quale, in modo vantaggioso sebbene non vincolante, è sagomato per permettere di collegare solidamente detto supporto (161):al!'elemento centrale (11), alla superficie superiore dell’elemento di base (12) ed alla superficie di appoggio inferiore (15), grazie ad opportuni mezzi di fissaggio, preferibilmente sistemi meccanici come viti o rivetti ma anche sistemi di fissaggio chimico a base di resine epossidiche o altro adesivo utile allo scopo. Ad esempio, il Richiedente ha trovato utile sagomare il supporto (161) a forma di lettera lambda in modo che esso presenti una superficie inclinata di appoggio sulla quale è collocato lo specchio (182) tramite un lamierino di appoggio (164); la connessione di detto supporto (161) alla superficie superiore dell'elemento di base (12) ed alla superficie di appoggio inferiore (15) è assicurato da viti o spine che si innestano su un sistema di fori (162) ricavati sulle superfici di contatto di detto supporto (161).

Nel modo così descritto si realizza un modulo ottico (M) comprendente una pluralità di lenti collimatrici (183), di specchi (182) montati su supporti (161) costituiti da un numero di elementi pari al numero di piazzole ove sono collocate le schede con i gruppi di sorgenti LED (181). In funzione della forma della superficie di appoggio inferiore (15) e del layout del sistema di foratura, gli specchi, non necessariamente tutti uguali per dimensione, complessivamente formeranno una superficie speculare segmentata non continua. A titolo esemplificativo ma non limitativo del presente trovato, utilizzando 6 specchi (182) e supporti (161) tutti uguali, ed una disposizione simmetrica del sistema di foratura, le superfici degli specchi giacciono su una piramide a base esagonale, avente l’apice collocato sull'asse (Z) rivolto dalla stessa parte dell'elemento di base (12), e complessivamente formano una superficie segmentata simmetrica rispetto all'asse (Z) non continua ovvero interrotta ai bordi degli specchi.

Il Richiedente ha trovato utile isolare otticamente i flussi luminosi emessi dai LED (181) collocati su piazzole adiacenti utilizzando opportunamente un lamierino divisore (165), in modo da eliminare interferenze e riflessioni spurie tali da compromettere l'uniformità della distribuzione luminosa, e dunque il rispetto di normative internazionali di settore.

A titolo esemplificativo ma non limitativo del presente trovato, detto lamierino divisore (165) può essere vantaggiosamente fissato sulla superficie di appoggio inferiore (15), preferibilmente mediante viti o spine, facendo un uso opportuno del sistema di fori (152), ricavati sulla superficie di appoggio inferiore (15), e del sistema di fori (162), ricavato sulle superfici del supporto (161) per gli specchi (182), in modo da isolare otticamente la luce riflessa da un dato specchio (182) in uscita dalla lente collimatrice (183), da quella riflessa da uno specchio (182) adiacente. Appare evidente all’esperto del ramo come detto lamierino divisore (165) può essere realizzato utilizzando un opportuno materiale assorbitore della luce in materiale plastico o metallico verniciato.

In modo del tutto analogo mutatis mutandis può essere realizzato un modulo ottico (M’) comprendente una pluralità di LED (181'), collocati a gruppi sulle piazzole ricavate sulla superficie inferiore dell'elemento superiore (13), una pluralità di specchi (182') e una pluralità di lenti (183’). Tale modulo ha per base la superficie superiore (13) ed è composto dagli stessi elementi del modulo ottico (M) sopra descritto; detti elementi, una volta assemblati con la medesima tecnica descritta per il modulo (M), appaiono disposti simmetricamente rispetto all'asse A-A’ ma con una rotazione di un conveniente angolo a.

In questo caso, se a titolo esemplificativo ma non limitativo del presente trovato, si utilizzano 6 specchi (182) e supporti (161) tutti uguali, come pure una disposizione simmetrica del sistema di foratura, le superfici degli specchi giacciono su una piramide a base esagonale, avente l'apice collocato sull'asse (Z) rivolto dalla stessa parte dell’elemento superiore (13). Nella prima forma realizzativa del presente trovato, qui descritto a titolo esemplificativo e non limitativo del medesimo, il dispositivo di segnalazione (10) comprende due moduli ottici (M, M') ruotati l'uno rispetto all'altro di un conveniente angolo a; ciascun modulo ottico (M, M’) è costituito da un numero di eiementi tutti uguali in numero pari al numero di piazzole e coincidente con il numero di specchi piani (182, 182') e di lenti (183, 183'). Scegliendo opportunamente i sistemi di foratura, tali elementi sono disposti in modo identico e simmetrico rispetto all'asse (Z). Anche se non vincolante ai fini dell’attuazione del presente trovato, in maniera preferita ciascuno dei due moduli ottici (M, M’) contiene specchi (182, 182’) identici tra loro per dimensione ed inclinazione rispetto al piano (ΑΆ') i quali sono disposti lungo il perimetro esterno dei due moduli (M, M’). In questo modo i due moduli ottici (M, M') risultano sostanzialmente simmetrici rispetto al piano (Α-Α') a meno di una rotazione di un angolo a, cosicché ad ogni specchio R, della pluralità (182) sul modulo M è associato un corrispondente specchio contrapposto R’ksu M' appartenente a della pluralità (182'). Si precisa che per facilitare l'inserimento del dispositivo di segnalazione (10) in una struttura meccanica esterna, tipicamente con forma a campana, la dimensione e l'inclinazione degli specchi (182, 182’) collocati, rispettivamente, nei moduli M ed M' può essere diversa e per questo motivo si è utilizzata la locuzione “sostanzialmente simmetrici” a significare una relazione geometrica non rigorosamente esatta.

A titolo esemplificativo ma non limitativo del presente trovato, utilizzando 6 specchi (182, 182’) per ciascun modulo (M, M') l’angolo ottimale di rotazione è pari a 30° gradi. In questa configurazione, orientando opportunamente gli specchi (182, 182'), per ogni elemento riflettente R|della pluralità di specchi (182) esistono almeno due elementi riflettenti R’kadiacenti appartenenti alla pluralità di specchi (182’) tale per cui il flusso luminoso uscente da detto elemento riflettente R, si sovrappone almeno parzialmente con i flussi luminosi uscenti da detti elementi riflettenti R'k.

Montando i moduli ottici (M, M') in modo contrapposto, ovvero in modo che l’apice delle due piramidi sui quali poggiamo la pluralità di specchi (182,182') si trovino sull’asse (Z) in posizioni opposte rispetto al piano (Α-Α'), si ottiene il sistema ottico del dispositivo di segnalazione (10) secondo il presente trovato.

Il Richiedente ha trovato utile munire detto sistema ottico (18) di una pluralità di sistemi di regolazione (184) e loro corrispondenti nell’elemento superiore, per ottimizzare la resa luminosa del dispositivo di segnalazione (10) secondo il presente trovato. A titolo esemplificativo ma non limitativo del presente trovato, nella prima forma realizzativa del presente trovato, detta pluralità di sistemi di regolazione (184), è costituita da una pluralità di sistemi a molla, uno per ogni specchio (182, 182’), ognuno dei quali è frapposto tra la superficie inclinata di appoggio ed il lamierino di appoggio (164). Agendo su una vite di regolazione presente in ciascun elemento della pluralità di sistemi di regolazione (184), è possibile modificare lo stato di tensione o compressione della corrispondente molla e dunque modificare in modo fine l’angolazione del relativo specchio rispetto al piano orizzontale (A-A’).

Appare evidente all’esperto del ramo detto sistema ottico sia caratterizzato da una configurazione nuova ed inventiva rispetto allo stato dell’arte. Si tratta di una combinazione di lenti e specchi la quale sorprendentemente rende più efficiente ed uniforme la resa luminosa del dispositivo di segnalazione. In particotar modo, sul piano azimutale consente una maggiore libertà nell'orientare la posizione della lente in senso verticale e nel variare la distribuzione verticale dell’intensità luminosa riducendo quanto più possibile la divergenza angolare sul piano verticale. Grazie all'utilizzo degli specchi (182,182’) ad azione esclusivamente riflettente, e non focalizzante, le lenti (183,183’) possono essere vantaggiosamente collocate in una posizione che permette alla luce di effettuare un percorso ottico maggiore rispetto alle configurazioni note allo stato dell’arte, consentendo così una maggiore possibilità di amplificare la focalizzazione e l'uniformità nella emissione luminosa. Oltre a consentire l'ottimizzazione degli spazi e la riduzione delle dimensioni complessive, la nuova ed inventiva configurazione “a specchi contrapposti" qui dischiusa, grazie al fatto che detti specchi non esplicano un azione focalizzante (contrariamente a quanto noto allo stato dell’arte), inaspettatamente permette di trarre vantaggio dei segmenti laterali di lente per ottimizzare la combinazione di due flussi luminosi generati da piazzole tra loro “in contrapposizione”; ove tali flussi provengono da specchi riflettenti (182,182') collocati, rispettivamente, sui moduli ottici M ed M’ tra loro contrapposti.

Questa combinazione di flussi contrapposti rende molto stabile ed uniforme il diagramma di irradiazione su un piano orizzontale ortogonale all’asse (Z); in particolare tale diagramma presenta un massimo su un piano compreso tra il piano (Α-Α') ed il piano su cui giace l’elemento di base (12). Questa caratteristica costituisce un elemento significativamente migliorativo rispetto allo stato dell’arte. Inoltre l'uso degli specchi non focalizzanti ha il vantaggio di fornire una maggior possibilità di compensare eventuali scostamenti nell’inclinazione del flusso luminoso, permettendo così una regolazione fine del diagramma di irradiazione sul piano orizzontale e verticale.

In sintesi, tramite la configurazione “a specchi contrapposti”, il Richiedente ha messo a punto una soluzione nuova ed inventiva nel ramo della tecnica di riferimento, con migliorate prestazioni ottiche rispetto alle soluzioni note, in grado di adattarsi alle diverse necessità applicative e di soddisfare i requisiti normativi e di mercato, raggiungendo così uno degli scopi del presente trovato.

In tale prima forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del medesimo, il dispositivo di segnalazione (10) qui descritto comprende uno o più mezzi dissipativi del calore, i quali, sfruttando sia la conduzione che la convezione del calore, dissipano efficacemente il calore generato dalla pluralità di LED (181, 181’) in modo da evitare il surriscaldamento del sistema e dunque il decadimento delle prestazioni ottiche e il rischio di esplosione od incendi nel caso il dispositivo di segnalazione sia installato in un ambiente critici come raffinerie, silos con granaglie, etc.

Detti mezzi dissipativi del calore comprendono un elemento dissipativo costituito da un materiale ad elevata conducibilità termica adatto a trasferire per “capillarità” il calore dall’elemento superiore (13) all'elemento di base (12). Il Richiedente ha trovato molto vantaggioso ricavare uno o più fori (111), diretti lungo l’asse (Z), sull’elemento centrale (1 1)calibrati in modo da consentire l’inserimento di elementi dissipativi in forma di "heatpipes” o barre preferibilmente, ma non necessariamente, realizzate mediante alluminio o una lega metallica ad elevata conducibilità termica con diametro di circa 10 - 20 mm, o altre tipologie di "heat-pipes” idonee all’uso. Inoltre per aumentare ulteriormente lo scambio termico tra l’aria ed i vari elementi componenti la meccanica interna, detti mezzi dissipativi del calore comprendono anche una pluralità di alettature e di forature vantaggiosamente ricavate sull’elemento centrale (11), sull’elemento di base (12) e sull’elemento superiore (13). A titolo esemplificativo ma non limitativo del presente trovato, detti mezzi dissipativi del calore comprendono: una pluralità di alettature esterne (177), preferibilmente uguali ed equispaziate, ricavate sulla superficie esterna dell'elemento centrale (11); una pluralità di alettature concentriche (175) ricavate sulla superficie interna della flangia (122) del corpo allungato (121) dell'elemento di base (12); una pluralità di alettature (173), preferibilmente uguali ed equispaziate ricavate sulla superficie interna dell'elemento troncoconico; una pluralità di alettature concentriche (176) presenti sulla superficie dell’elemento superiore (13) posta superiormente; infine uno o più fori (174) realizzati lungo la superficie esterna del corpo allungato (121) dell'elemento di base (12) e uno o più fori passanti (174') sull'elemento superiore (13) in direzione parallela all'asse (Z). Convenientemente le alettature esterne (177) sulla superficie esterna dell'elemento centrale (11) facilitano l’aggancio delle superfici di appoggio (15,15’). Infine il Richiedente ha trovato vantaggioso frapporre tra le schede sui quali sono montati in gruppi la pluralità di LED (181,181') e le piazzole ricavate sul corpo allungato (121) accoppiatori termici, preferibilmente un thermal gap pad in materiale plastico oppure un grasso siìiconico in modo da garantire un efficace accoppiamento termico tra detti LED (181,181’) ed il corpo allungato (121) dell'elemento di base (12) e dunque un efficiente smaltimento termico per conduzione.

Appare evidente all’esperto del ramo come il dispositivo di segnalazione qui descritto nella prima forma realizzativa, qui descritto a titolo esemplificativo e non limitativo del presente trovato, comprenda mezzi dissipativi del calore in grado di ottenere la migliore dissipazione del calore per conduzione tramite la meccanica interna, principalmente, per mezzo delle “heat-pipes”, e per convezione con l’esterno, tramite le superfici alettate.

In dettaglio, il calore generato dai LED (181’) presenti nell’elemento superiore (13) viene disperso in parte per convezione tramite le alettature (176) ed i fori (174') ed in parte tramite gli elementi dissipativi che lo trasmettono per conduzione e capillarità alle parti fredde dell'elemento di base (12); in parte il calore viene anche disperso dalle alettature presenti sulle superfici dell’elemento centrale (11). Tale soluzione si dimostra tanto più efficace ove l'azione del flusso convettivo è ridotta, come in una meccanica antideflagrante, costituita da comparti isolati che non consentono circolazione d’aria. Il suddetto elemento di base (12) ha quindi il compito di disperdere il calore generato dai LED (181) presenti su di esso e parte del calore che giunge dall’elemento superiore (13) tramite gli elementi dissipativi. Per questo detto elemento di base (12) è dotato di un sistema di alettature sulla superficie interna della flangia (122) del corpo cilindrico (121) e di fori (174); inoltre utilizza l'azione della flangia (122) stessa la quale è posta a contatto con la meccanica esterna frapponendo accoppiatori termici, preferibilmente grasso siliconico, per favorire la dispersione del calore. In questo modo è stato raggiunto uno degli scopi principali della presente invenzione.

Nella prima forma realizzativa del presente trovato, da intendersi esemplificativa e non limitativa del medesimo, il dispositivo di segnalazione luminosa secondo il presente trovato, comprende infine un sistema di alimentazione ed altri elementi come un’unità di pilotaggio e, a seconda delle applicazioni, può inoltre essere presente un sistema di trasmissione dati per il monitoraggio remoto. Convenientemente, il cavo di alimentazione può essere fatto passare attraverso un foro presente sull'elemento centrale (11).

Il dispositivo di segnalazione luminosa a "specchi contrapposti” secondo il presente trovato grazie alla vantaggiosa configurazione del corpo esterno sopra descritta, grazie ai tiranti ed altri sistemi di fissaggio presenti nella meccanica interna può essere montato in una qualunque meccanica antideflagrante esterna disponibile in commercio. Appare evidente all’esperto del ramo come il dispositivo di segnalazione qui descritto presenti una configurazione delle parti inventiva e convenientemente studiata per ottimizzare il montaggio delle meccaniche di precisione e la dispersione del calore, raggiungendo un altro importante scopo del presente trovato.

In una seconda forma realizzativa, ancora non raffigurata e qui descritta a titolo esemplificativo e non limitativo, i due moduli ottici (M, M’) identici sono montati in modo contrapposto realizzando una configurazione perfettamente simmetrica rispetto al piano (A-A') ovvero senza ruotare detti moduli ottici (M, M’) l’uno rispetto all'altro di un conveniente angolo a, come nel caso della forma realizzativa precedente.

In una terza forma realizzativa, del dispositivo di segnalazione secondo il presente trovato, rappresentata in figura 4 ed ivi indicata complessivamente con il numero (2), si sfrutta il carattere modulare dei moduli ottici (M, M’),così come sono stati descritti nella prima e nella seconda forma realizzativa, per realizzare un dispositivo di segnalazione (10) di maggior potenza luminosa comprendente una pluralità di moduli ottici (M, M’, M", ... , M<n>)impilati vantaggiosamente l'uno sopra gli altri e caratterizzati da un orientamento degli specchi, entro un dato modulo Mj, identico o differente a seconda delle esigenze applicative.

Infine, in una quarta forma realizzativa, del dispositivo di segnalazione secondo il presente trovato, ancora non raffigurata e qui descritta a titolo esemplificativo e non limitativo, gli specchi (182, 182’) sono rispettivamente collocati sull’elemento di base (12) e sull’elemento superiore (13), mentre un singolo piano di appoggio contiene sulle due superfici opposte i LED (181 , 181') suddivisi in piazzole e le lenti collimatrici (183, 183’).

Si è in pratica constatato come il trovato così descritto porti a soluzione il compito e gli scopi preposti. In particolare con il presente trovato si è realizzato un dispositivo di segnalazione luminosa, basato su un’innovativa configurazione “a specchi contrapposti" in grado di garantire un’elevata resa luminosa, in particolare in termini di uniformità sul piano orizzontale, ottimizzando i ridotti spazi consentiti dalla geometria della meccanica interna. Inoltre lo sfruttamento di un meccanismo di dispersione del calore capillare mediante "heatpipes" consente un efficace smaltimento del calore anche quando il dispositivo di segnalazione è montato all’interno di meccaniche esterne antideflagranti.

Ancora, con il presente trovato si è realizzato un dispositivo di segnalazione luminosa facilmente realizzabile mediante tecnologie note in qualsivoglia forma e materiale, purché compatibile con l’uso, in quanto le forme realizzative qui esemplificate sono, come già detto, da considerarsi esemplificative e non limitative del trovato. Ad esempio, l’elemento troncoconico può presentare simmetria assiale rispetto all’asse (Z), ma avere anche forme asimmetriche compatibilmente con la meccanica esterna ovvero l’involucro all’interno del quale il dispositivo di segnalazione secondo il presente trovato è installato.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, la forma e le dimensioni dei dettagli illustrati come pure il tipo di materiali utilizzati potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica purché compatibili con l'uso specifico. Il numero e la dimensione degli specchi presenti sui moduli ottici (M, M’), l’orientamento di tali moduli ed il grado di rotazione potrà variare a seconda delle esigenze applicative.

Ancora la conformazione e la disposizione geometrica delle alettature e degli altri mezzi di dissipazione termica possono essere di qualunque tipo purché in grado di garantire adeguata dispersione termica e stabilità meccanica.

Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati apposti al solo scopo di aumentare l'intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull'interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI EMENDATE (COPIA PULITA) 1) Un dispositivo di segnalazione luminosa (10) comprendente una struttura meccanica interna, un sistema ottico (18), uno o più mezzi dissipativi del calore, mezzi di fissaggio ad una struttura meccanica esterna e un sistema di alimentazione elettrica caratterizzato dal fatto che: - detta struttura meccanica interna comprende: un elemento centrale (11) a simmetria assiale che si sviluppa prevalentemente lungo l'asse (Z) reso solidale ad un elemento di base (12), un elemento superiore (13) ed uno o più mezzi di supporto (16) per una pluralità di elementi riflettenti (182,182'); detto elemento di base (12) comprendente un corpo allungato (121), preferibilmente cilindrico, dotato di una flangia (122) sotto la quale protrude un elemento troncoconico (123), detto corpo allungato (121) essendo dotato di un sistema di foratura, detto elemento superiore (13) essendo dotato di un sistema di foratura; detto dispositivo di segnalazione (10) comprendente due superfici di appoggio inferiore (15) e superiore (15’) vincolate all’elemento centrale (11) mediante mezzi di fissaggio; - detto sistema ottico (18) comprende almeno due moduli ottici (M, M’) ciascuno comprendente una pluralità di sorgenti luminose (181,181'), una pluralità di lenti (183, 183’), una pluralità di elementi riflettenti (182, 182’) montati su detti mezzi di supporto (16), dette sorgenti luminose (181,181’), preferibilmente LED, essendo disposte su detti moduli ottici (Μ,Μ') in configurazione sostanzialmente simmetrica rispetto ad un piano (A-A’) passante tra le due pluralità di elementi riflettenti (182) e (182'), a meno di una rotazione di un angolo a del modulo ottico M rispetto al modulo M’, detta configurazione nella quale per ogni elemento riflettente R, della pluralità (182) esiste uno o più elementi riflettenti R'kappartenente alla pluralità (182’) tale per cui il flusso luminoso uscente da detto elemento riflettente R, si sovrappone almeno parzialmente con i flussi luminosi uscenti da detti elementi riflettenti R’K detti uno o più mezzi dissipativi del calore comprendono uno o più elementi dissipativi costituiti da una o più heat pipes ad elevata conducibilità termica adatte a trasferire il calore dall’elemento superiore (13) all'elemento di base (12); detta struttura meccanica interna, detto sistema ottico (18), detti uno o più mezzi dissipativi del calore cooperano alla generazione di un meccanismo di dissipazione del calore efficace e compatibile con l'inserimento di detto dispositivo di segnalazione luminosa (10) all’interno di una struttura meccanica esterna avente un ingombro inferiore rispetto a quella di un dispositivo di segnalazione luminosa noto a parità di caratteristiche fotometriche.
2. 2) Il dispositivo di segnalazione luminosa secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che uno o più componenti di detta struttura meccanica interna sono realizzati in un corpo unico mediante lavorazioni per asporto, pressofusione o stampaggio o altri procedimenti tecnicamente equivalenti, detti componenti essendo selezionati dal gruppo consistente di: elemento centrale (11), elemento di base (12), corpo allungato (121), flangia (122), elemento troncoconico (123), elemento superiore (13), sistemi di foratura, superfici di appoggio (15,15’), mezzi di supporto (16) o una loro combinazione.
3. 3) Il dispositivo di segnalazione luminosa secondo le rivendicazioni 1 o 2 caratterizzato dal fatto che detta struttura meccanica interna è realizzata in un materiale selezionato dal gruppo consistente di: acciaio, alluminio, leghe metalliche, polimeri, tecnopolimeri, compositi o ceramici o una loro combinazione.
4. 4) Il dispositivo di segnalazione luminosa secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta struttura meccanica esterna è un involucro non antideflagrante o struttura meccanica antideflagrante.
5. 5) Il dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che le lenti appartenenti a detta pluralità (183,183') hanno una forma ottenuta minimizzando come funzione di merito la divergenza angolare, in modo che il flusso luminoso uscente da dette lenti (183,183’) sia sostanzialmente diretto lungo l’asse (Z).
6. 6) Il dispositivo di segnalazione luminosa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti elementi riflettenti (182, 182’) sono specchi supportati da mezzi di supporto (16) oppure detti elementi riflettenti (182, 182’) formano un prolungamento in corpo unico di detti mezzi di supporto (16). 7) il dispositivo di segnalazione luminosa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto angolo di rotazione a del modulo ottico M rispetto al modulo ottico M’ è pari all’ incirca a zero. 8) Il dispositivo di segnalazione luminosa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le superfici di detti elementi riflettenti (183, 183’) giacciono su due piramidi associate, rispettivamente, a due moduli ottici (M, M’), dette piramidi aventi come base due poligoni regolari preferibilmente aventi lo stesso numero di lati, dette piramidi aventi i vertici collocati sull’asse (Z), detti vertici essendo preferibilmente collocati da parti opposte rispetto al piano (A-A’). 9) Il dispositivo di segnalazione luminosa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto angolo di rotazione a del modulo ottico M rispetto modulo ottico M’ è pari all'incirca a 360 V(2 x N ), ove N è il numero degli elementi riflettenti (182) del modulo (M). 10) 11 dispositivo di segnalazione luminosa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti elementi riflettenti (182, 182') sono collocati, rispettivamente, su detto elemento di base (12) e su detto elemento superiore (13), mentre sulle superfici opposte di un singolo piano di appoggio sono collocate dette sorgenti luminose (181,181') e detta pluralità di lenti (183, 183’). 11) 11 dispositivo di segnalazione luminosa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti uno o più elementi dissipativi sono heat-pipes inserite in uno o più fori (111) diretti sostanzialmente lungo l’asse (Z) e ricavati sull’elemento centrale (11). 12) 11 dispositivo di segnalazione luminosa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere uno o più dei seguenti mezzi dissipativi del calore: una pluralità di alesature esterne (177) ricavate sulla superficie esterna dell’elemento centrale (11); una pluralità di alesature concentriche (175) ricavate sulla superficie interna della flangia (122) del corpo allungato (121); una pluralità di alettature (173) ricavate sulla superficie interna dell’elemento troncoconico; una pluralità di alettature concentriche (176) ricavate sulla superficie posta superiormente dell’elemento superiore (13); uno o più fori (174) realizzati lungo la superficie esterna del corpo allungato (121); uno o più fori passanti (174’) sull’elemento superiore (13) in direzione sostanzialmente parallela all’asse (Z); uno o più accoppiatori termici frapposti tra le schede sulle quali sono montati in gruppi la pluralità di LED (181,181’) e le piazzole ricavate sul corpo allungato (121) dell’elemento di base (12). 13) 11 dispositivo di segnalazione luminosa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di segnalazione (10) luminosa comprende uno o più sistemi di regolazione (184) adatti a modificare l’orientamento o la posizione di uno o più specchi (182, 182’) rispetto al piano orizzontale (A-A’). 14) 11 dispositivo di segnalazione luminosa, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che ognuno di detti sistemi di regolazione (184) è associato ad un specchio (182, 182’), detto sistema di regolazione (184) essendo selezionato dal gruppo consistente di: sistema a molla regolabile, attuatore piezoelettrico, altro attuatore manuale o elettromeccanico tecnicamente equivalente o una loro combinazione. 15) Un sistema di segnalazione luminosa caratterizzato dal fatto di comprendere uno o più dispositivi di segnalazione luminosa secondo una o più delle rivendicazioni precedenti. 16) L’uso del sistema di segnalazione luminosa, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, come segnalatore luminoso per ostacoli o come segnalatore luminoso per ambienti a rischio di esplosione all’interno di una struttura antideflagrante.