SK6871Y1 - Zariadenie na komplexnú ochranu LED zdrojov pred vonkajšími poveternostnými podmienkami - Google Patents

Abstract

Technické riešenia sa týka zariadenia na komplexnú ochranu LED zdrojov (1) pred vonkajšími poveternostnými podmienkami. Pozostáva najmenej z jednej optickej zostavy tvorenej najmenej jedným LED zdrojom (1), umiestneným na elektricky napájanej a tepelne vodivej doske plošných spojov (4), ďalej chladičom (2) a optickým prvkom, umiestneným na chladiči (2) priamo alebo prostredníctvom držiaka nad LED, pričom táto optická zostava je vodotesne uzavretá zalievacou hmotou (5) do kompaktného vodotesného modulu a umiestnením optického prvku (3) je súčasne zabezpečená ochrana LED zdroja (1) pred priamym stykom so zalievacou hmotou (5) a požadovaný uhol vyžarovania zdroja. Zariadenie podľa technického riešenia je určené na využitie pri všetkých LED reflektoroch na vonkajšie použitie, určených hlavne na pouličné a parkové osvetlenie, architektúru pri nasvecovaní budov, fontán, vonkajších plôch, parkovísk, a všade vo vonkajšom prostredí, kde sú vysoké nároky na ochranu LED zdrojov (l) pred vonkajšími pracovnými podmienkami.

Description

SK 6871 Υ1

Oblasť techniky

Predmetom technického riešenia je zariadenie na komplexnú ochranu LED zdrojov na použitie v ľubovoľných vonkajších poveternostných podmienkach, určené na výkonové svetelné diódy Light emitting dióde (ďalej len LED), s využitím vo všetkých oblastiach, kde sa tieto LED na osvetľovanie používajú, najmä však v architektúre, priemysle, komunikáciách a parkoch.

Doterajší stav techniky

V súčasnosti sa používajú na ochranu pred poveternostnými podmienkami rôzne konštrukcie svietidiel, ktoré chránia LED zdroj svetla pre poveternostnými vplyvmi, ktoré pozostávajú z telesa svietidla, LED zostavy, chladiča, priehľadného ochranného krytu a tesnenia, prípadne množstva malých krytov a tesnení, ktoré chránia LED zostavy alebo LED zdroj pred vodou, vlhkosťou, prachom a znečisteným vzduchom obsahujúcim rôzne chemické látky.

LED zdroje majú životnosť 50000 hodín, pričom počas tejto životnosti je najkritickejším miestom ochrany pre vodou, vlhkosťou a prachom tesnenie, nachádzajúce sa medzi priehľadným krytom a telesom svietidla, na životnosť ktorého vplývajú aj chemické látky v ovzduší. Počas zmien teplôt dochádza v uzavretých svietidlách k zmenám tlaku vzduchu, pričom tento tlak vzduchu pôsobí na tesnenie tak, že zvyšovaním teplôt sa tlak vzduchu zväčšuje, tlačí na tesnenie v smere von zo svietidla a vzniká pretlak. Pri ochladzovaní naopak sa tlak vzduchu zmenšuje, a tým namáha tesnenie v smere do svietidla, vzniká podtlak.

Tým, že svietidlá celosvetovo pracujúce vo vonkajšom prostredí od -40 °C až +60 °C, pričom sa denne pracovné podmienky menia, dochádza k poškodeniu tesnenia, a tým aj k vniknutiu vlhkosti do svietidla a k jeho znefúnkčneniu. Opísaný problém riešia výrobcovia LED zdrojov použitím pretlakových ventilov.

Z patentovej literatúry týkajúcej sa predmetného problému je možné ako príklad uviesť najmä dokumenty

- Európsku patentovú prihlášku 2375130, ktorá sa týka osvetlenia pre tunely, cesty a ulice. Nerieši problém znefunkčnenia v dôsledku meniacich sa poveternostných podmienok;

- Európsky patent EP2058584, ktorý je najbližším stavom techniky, sa týka osvetľovacieho telesa na osvetlenie vonkajších verejných plôch, zahŕňajúceho jednu svetlo emitujúcu diódu alebo viac svetlo emitujúcich diód a zodpovedajúce refrakčné optické prvky na vedenie emitovaného svetla na jednu osvetľovanú plochu alebo viac osvetľovaných plôch a jeho pripojenia na stĺp pouličnej lampy. Aby sa zaručila uvedená odolnosť proti vplyvom prostredia, navrhované osvetľovacie teleso zahŕňa tesnenie refŕakčných optických prvkov. Problematiky sa ďalej týkajú napríklad aj japonské dokumenty JP2011054348 a JP2005116182.

Úlohou technického riešenia je teda čo najoptimálnejšie riešenie rozobratého problému.

Podstata technického riešenia

Zistilo sa, že opísaný problém možného znefunkčnenia zariadení používaných v súčasnosti v dôsledku meniaceho sa tlaku aj v súvislosti s meniacimi sa poveternostnými podmienkami je s vysokou účinnosťou riešený predkladaným zariadením podľa technického riešenia, pozostávajúceho z najmenej jednej optickej zostavy tvorenej najmenej jedným LED zdrojom umiestneným na elektricky napájanej a tepelne vodivej doske plošných spojov, ďalej chladičom a optickým prvkom. Podstata technického riešenia spočíva v tom, že optický prvok je umiestnený nad LED zdroj na chladič alebo dosku plošných spojov, a to priamo alebo prostredníctvom držiaka a táto optická zostava je vodotesné uzavretá zalievacou hmotou do kompaktného vodotesného modulu. Poloha optického prvku súčasne zabezpečuje ochranu LED zdroja pred priamym stykom so zalievacou hmotou a požadovaný uhol vyžarovania zdroja.

Je dôležité, aby použitá zalievacia hmota, ktorá zabezpečí vodotesnosť, bola odolná oproti poveternostným podmienkam a pri technológii zalievania nepoškodila jednotlivé prvky v optickej zostave. Ako vhodné sa ukázali najmä epoxidové a silikónové zalievacie hmoty.

V dôsledku tohto usporiadania zariadenia podľa technického riešenia je odstránená potreba tesnenia používaného v doteraz známych riešeniach. Usporiadaním zariadenia dochádza súčasne ku kompenzácii teplotných rozťažností rôznych použitých materiálov tvoriacich zariadenie bez vplyvu na LED zdroj.

V dôsledku tohto usporiadania je súčasne objem vzduchu, ktorý by mohol podliehať tlakovým zmenám, minimálny, a preto nedochádza k vytvoreniu podtlaku alebo pretlaku v zariadení.

Pod LED zdrojom sa pri opise tohto technického riešenia v ďalšom texte rozumie aj LED ARRAY zdroj.

Zariadenie podľa technického riešenia môže ďalej pozostávať z množstva optických zostáv pre LED ARRAY, pričom tieto budú spoločne vodotesné uzavreté do kompaktného vodotesného celku.

Zariadenie podľa technického riešenia je možné použiť pre jednofarebné LED, multifarebné (multi-chip) LED, ako aj pre LED ARRAY zložené z viacerých LED.

SK 6871 Υ1

Jednotlivé optické prvky, ako už bolo uvedené, sú priamo alebo cez držiak presne umiestnené nad LED zdroj, a týmto zabezpečujú požadovaný uhol vyžarovania svietidla. Tieto optické prvky zároveň zabezpečia ochranu LED zdrojov pred zaliatím zalievacou hmotou.

Jednotlivé LED zdroje sú napojené napájači zdroj zabezpečujúci požadovaný prúd pre LED zdroje alebo riadiacu elektroniku, ktorou je možné regulovať intenzitu všetkých výkonových LED zdrojov, jednofarebných aj viacfarebných, pričom základné miešanie farieb RGB môže byť rozšírené o miešanie farieb s Amber, White, Neutrál white, Warm white, Cyan a iných farieb, a tým spojené variabilnejšie miešanie farieb.

Riadiacu elektroniku je možné ovládať diaľkovo ľubovoľným štandardným digitálnym signálom (napríklad DMX 512, MIDI, DALI, DSI, RS232, RS485, Instabus, C-bus, Profibus, intranet a internet a podobne).

Kompaktné vodotesné LED optické zostavy môžu byť vhodne pripevnené na chladič z hliníka, medi, alebo keramiky buď priamo, alebo cez iné kontaktné prvky, ako sú tepelne vodivá páska, tepelne vodivá pasta, aktívny Peltierov článok. Chladič môže byť kompaktný alebo prípadne zložený z viacerých chladiacich prvkov. Chladiče sú ochladzované vzduchom pričom je možné ich dodatočné ochladzovanie ochladzovať vyhovujúcim ventilátorom na vonkajšie použitie s reguláciou jeho otáčok v závislosti na teplote alebo trvalo bez regulácie otáčok.

Pri extrémne nízkych teplotách môžu byť zdrojom tepla vlastné LED ARRAY optické zostavy alebo prídavný odporový prvok.

Pre prípad extrémne vysokých teplôt môže zariadenie ešte obsahovať ochranu pred slnečnými lúčmi.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Príklady uskutočnenia technického riešenia budú bližšie znázornené pomocou pripojených výkresov, na ktorých:

obr. 1 zobrazuje LED alebo LED ARRAY zdroj, umiestnený na elektricky napájanej a tepelne vodivej doske plošných spojov umiestnenej na chladiči s optickým prvkom umiestneným nad LED alebo LED ARRAY zdrojom, pričom zaliatím zalievacou hmotou vznikne kompaktná vodotesná zostava, LED alebo LED ARRAY zdroj je umiestnením optického prvku chránený pred zaliatím zalievacou hmotou, pričom je zabezpečený požadovaný uhol vyžarovania zdroja;

obr. 2 zobrazuje umiestnenie na elektricky napájanej a tepelne vodivej doske plošných spojov umiestnenej na chladiči, kde LED alebo LED ARRAY zdroj je umiestnený na chladiči v najmenej dvoch radoch, s optickými prvkami umiestnenými na chladiči nad LED alebo LED ARRAY zdroja, pričom zaliatím zalievacou hmotou vznikne kompaktná vodotesná LED alebo LED ARRAY zostava. LED alebo LED ARRAY zdroje sú umiestnením optického prvku chránené pred zaliatím zalievacou hmotou, pričom sú zabezpečené požadované uhly vyžarovania zdrojov;

obr. 3 zobrazuje LED alebo LED ARRAY zdroj, umiestnený na elektricky napájanej a tepelne vodivej doske plošných spojov umiestnenej na chladiči s optickým prvkom, pričom zaliatím zalievacou hmotou vznikne kompaktná vodotesná LED zostava napojená na napájači zdroj zabezpečujúci požadovaný prúd, alebo alternatívne riadiacu elektroniku a celkovým spojením prostredníctvom spojovacích prvkov vznikne svietidlo, ktorého optické prvky sú chránené ochranným priehľadným krytom;

obr. 4 zobrazuje LED alebo LED ARRAY zdroje , umiestnené vo viacerých radoch na elektricky napájanej a tepelne vodivej doske plošných spojov na chladiči s optickými prvkami umiestnenými na chladiči nad LED alebo LED ARRAY zdroje. Zaliatím zalievacou hmotou vznikne kompaktná vodotesná LED alebo LED ARRAY zostava napojená na napájači zdroj zabezpečujúci požadovaný prúd alebo alternatívne na riadiacu elektroniku a celkovým spojením spojovacími prvkami vznikne svietidlo, ktoré je chránené pred slnečnými lúčmi ochranným krytom. LED alebo LED ARRAY zdroje sú polohou optických prvkov chránené pred zaliatím zalievacou hmotou, pričom sú zabezpečené požadované uhly vyžarovania zdrojov.

Príklady uskutočnenia

Rozumie sa, že jednotlivé uskutočnenia zariadenia podľa technického riešenia sú predstavované na ilustráciu, a nie ako ich obmedzenia. Odborníci oboznámení so stavom techniky budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam technického riešenia. Aj takéto ekvivalenty budú potom patriť do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu. Je treba rozumieť, že uvedené príklady uskutočnenia zariadenia podľa technického riešenia slúžia iba ako príklady ilustrujúce jeho technické využitie a odborník v odbore rozpozná možné varianty jeho uskutočnenia a použitia, aj keď nie sú vyslovene uvedené. Pre odborníkov v odbore je rozpoznateľné prípadné dimenzovanie, ako aj variantné konštrukčné a materiálové riešenie zariadenia ako takého, aj jeho jednotlivých prvkov.

Pre odborníkov znalých stavu techniky nemôže byť problémom voľba materiálov a konštrukčných usporiadaní, ktoré neboli detailne riešené, ale patria do rozsahu nasledujúcich nárokov na ochranu.

SK 6871 Υ1

Príklady uskutočnenia

Príklad 1

Zobrazené je zariadenie s LED ARRAY zdrojom 1, umiestneným na elektricky napájanej a tepelne vodivej doske plošných spojov 4, so zaradenou skupinou optických prvkov 3. Tieto optické prvky zakrývajú LED ARRAY v presných pozíciách podľa požadovaného uhla vyžarovania. Táto doska plošných spojov je umiestnená na chladiči 2, ktorý zároveň vytvára ohraničený priestor, do ktorého sa pri zostavovaní zariadenia naleje zalievacia hmota 5.

Takto vznikne kompaktný vodotesný modul optickej LED zostavy, ktorá je napojená na napájači zdroj 6, zabezpečujúci požadovaný prúd alebo alternatívne na riadiacu elektroniku 6. Ďalej sú potom optické prvky chránené ochranným krytom 7. Pre prípad priameho slnečného žiarenia A a s tým spojených vysokých teplôt je kompaktný vodotesný modul LED optickej zostavy chránený ochranným krytom 9. Príklad 1 je znázornený na obrázku 5.

V prípade použitia riadiacej elektroniky 6 je zariadenie podľa technického riešenia ďalej možné ovládať aj diaľkovo ľubovoľným štandardným digitálnym signálom (napríklad DMX 512, MIDI, DALI, DSI, RS232, RS485, Instabus, C-bus, Profíbus, intranet a internet, a podobne).

Príklad 2

Zobrazené je zariadenie s LED ARRAY zdrojom 1, umiestneným na elektricky napájanej a tepelne vodivej doske plošných spojov 4, so zaradenou skupinou optických prvkov 3. Tieto optické prvky zakrývajú LED ARRAY v presných pozíciách podľa požadovaného uhla vyžarovania. Táto doska plošných spojov je umiestnená na chladiči 2, ktorý zároveň vytvára ohraničený priestor, do ktorého sa naleje zalievacia hmota 5.

Takto vznikne kompaktná vodotesná LED zostava, ktorá je napojená na napájači zdroj zabezpečujúci požadovaný prúd 6 alebo riadiacu elektroniku 6. Ďalej sú potom optické prvky chránené ochranným krytom 7. Pre prípad priameho slnečného žiarenia A a s tým spojeného pôsobenia vysokých teplôt je kompaktný vodotesný modul LED optickej zostavy chránený ochranným krytom 9. Príklad 2 je znázornený na obr. 6.

Prípadne použitú riadiacu elektroniku 6 je ďalej aj možné ovládať diaľkovo ľubovoľným štandardným digitálnym signálom (napríklad DMX 512, MIDI, DALI, DSI, RS232, RS485, Instabus, C-bus, Profíbus, intranet a internet, a podobne).

Priemyselná využiteľnosť

Zariadenie podľa technického riešenia je možné uplatniť pri všetkých LED reflektoroch na vonkajšie použitie, napríklad:

- Svietidlá s asymetrickým vyžarovaním, bodové a wash reflektory so symetrickým vyžarovaním, určenými hlavne na pouličné a parkové osvetlenie, architektúru pri nasvecovaní budov, fontán, vonkajších plôch, parkovísk, a všade vo vonkajšom prostredí, kde sú vysoké nároky na ochranu LED ARRAY pred vonkajšími poveternostnými podmienkami.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (10)

1. Zariadenie na komplexnú ochranu LED (LED ARRAY) zdrojov pred vonkajšími poveternostnými podmienkami pozostávajúce z najmenej jednej optickej zostavy tvorenej najmenej jedným LED zdrojom umiestneným na elektricky napájanej a tepelne vodivej doske plošných spojov, ďalej chladičom a optickým prvkom, vyznačujúce sa tým, že optický prvok (3) je umiestnený na chladiči (2) alebo na doske plošných spojov (4) priamo alebo prostredníctvom držiaka nad LED zdroj (1), pričom takto vytvorená optická zostava je vodotesné uzavretá zalievacou hmotou (5) do kompaktného vodotesného modulu a polohou optického prvku (3) je súčasne zabezpečená ochrana LED zdroja (1) pred priamym stykom so zalievacou hmotou (5) a požadovaný uhol vyžarovania LED zdroja (1).

2. Zariadenie na komplexnú ochranu LED ARRAY pred vonkajšími pracovnými podmienkami podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že LED (LED ARRAY) zdroj (1) je tvorený viacerými LED ARRAY optickými zostavami.

3. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 2, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z najmenej dvoch LED ARRAY optických zostáv uzavretých do kompaktných vodotesných modulov.

4. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 2, vyznačujúce sa tým, že pozostáva z množstva LED ARRAY optických zostáv uzavretých do kompaktných vodotesných modulov.

5. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov laž 4, vyznačujúce sa tým, že je napojené na napájači zdroj (6) požadovaného prúdu alebo na riadiacu elektroniku (6).

SK 6871 Υ1

6. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa ochranný kryt (7) na ochranu optického prvku (3).

7. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujú obsahuje spojovacie prvky (8).

8. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujú tý že obsahuje tým, tým, že že s

pri extrémne nízkych teplotách sú zdrojom tepla vlastné LED ARRAY optické zostavy alebo prídavný odporový prvok.

9. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa pre prípad extrémne vysokých teplôt obsahuje ešte kryt (9) ako ochranu pred slnečnými lúčmi.

10. Zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tvorí kompaktné svietidlo.