Бескорпусная кассета светодиодного экрана

Полезная модель относится к области электроники, в частности к устройствам отображения информации коллективного пользования, а именно к светодиодным экранам.
Известны многочисленные конструкции кассет (кабинетов) светодиодных экранов в виде прямоугольного параллелепипеда, на лицевой квадратной или прямоугольной стороне которого, вырезаны отверстия для крепления и доступа к светодиодным модулям. Корпус выполнен из тонких листов стали методами резки (вырубание на прессе или резка лазером), прессования/гнутья для придания формы (на гидропрессе), сборки методом сварки и последующих грунтования и окраски. Для доступа к электронному оборудованию, расположенному внутри кабинета, с его задней стороны обычно сделаны открывающиеся дверки (см.: https://yandex.ru/search/?lr=47&text=кабинет%20светодиодного%20экрана&src=suggest_Pers).
Известные конструкции обладают рядом недостатков:
- сложность конструкции в изготовлении, большая материалоемкость;
- необходимость дополнительно защищать боковые и заднюю сторону кабинета (стыки и дверки) от проникновения пыли и осадков с помощью резиновых уплотнений, пазов, замков, козырьков и т.п.
- недостаток, связанный с применением тонкого листового материала (обычно 0,5-1,0 мм) для лицевой поверхности: приходится применять ребра жесткости для исключения искривления плоскости, после привинчивания модулей винтами;
- необходимость устанавливать дополнительные вентиляторы охлаждения, в основном из-за того, что блоки питания выделяют все свое тепло внутрь корпуса;
- большая габаритная толщина кабинета - обычно 100-140 мм (монтажная толщина равняется габаритной, так как крепежные отверстия расположены на задней стенке);
- большая масса кабинета из металла - обычно в собранном виде не менее 20 кг, при размере 640×640 мм.
В патентной литературе известны решения, направленные на уменьшение толщины светодиодных модулей, в том числе посредством использования теплоотводящей поверхности отдельных крышек, известен из уровня техники (см., например, патентные документы СА 3086052 А1), CN 106548714 A). Такие запатентованные конструкция представляют собой не кабинет с множеством единичных модулей, а, как правило, единичный модуль, как например, модуль Q8 производства завода Qiangli (Китай). Типовой размер такого модуля (В×Ш×Г): 160×320×20 мм. При этом во всех известных случаях корпус (основание) представляет собой объемную развитую структуру, обладающую прочностью за счет, в том числе, упрочняющих элементов (ребер жесткости).
Тем не менее, для объединения нескольких светодиодных модулей используются только ставшие уже классическими кабинеты, представляющие собой герметичные корпусы (фактически - основания для крепления всех составляющих элементов), с лицевой стороны которых находится несколько светодиодных модулей, а внутри составляющие элементы: блоки питания, охлаждение (теплоотведение), принимающая карта. Такая конфигурация кабинета может позволить ему быть самостоятельной единицей светодиодного экрана и работать независимо от всего экрана. Габариты кабинета определяются размерами входящих в него модулей и их количеством. Например, 36 модулей размером 160×160 мм составляют распространенный по размерам кабинет 960×960 мм. Такой кабинет (кассета) выбран в качестве прототипа (см. https://www.xled.ru/news/svetodiodnye-moduli-kabinety).
Задача изобретения состоит в ускорении, удешевлении и упрощении изготовления кассет светодиодных экранов за счет достижения следующего технического результата:
- снижение материалоемкости;
- возможность применения в производстве широко употребляемых материалов;
- отказ в производственном процессе от некоторых видов работ полностью или частично: сварка, грунтовка, окраска;
- отказ от соответствующих станков и инструментов (упрощение технологического процесса);
- уменьшение габаритной толщины, монтажной толщины и массы изделия.
Указанная задача решается бескорпусной кассетой светодиодного экрана, представляющей собой основание, с одной стороны которого установлены светодиодные модули, а с другой установлены блоки питания, принимающая карта, теплоотводящие элементы, в которой, согласно предложению, в качестве основания выбрана пластина из композитного материала с технологическими пазами и окнами, а в качестве теплоотводящего элемента установлена крышка из теплопроводящего материала к тыльной стороне которой крепятся, по меньшей мере, блоки питания.
В качестве композитного материала подходят используемые в промышленности (в строительстве) материалы. Такой материал представляет собой многослойное изделие, состоящее из двух наружных алюминиевых листов и минералонаполненного внутреннего слоя, не поддерживающего горение, внешнего защитного покрытия (см, например: https://www.dvresurs.ru/products/alyuminievye-kompozitnye-fasadnye-paneli-kompanii-bildeks/). Подобный материал широко используется для облицовки фасадов зданий, выпускается на нескольких заводах в России и за рубежом и имеет стоимость в 3-4 раза меньше алюминиевого листа аналогичной толщины. При типовой толщине листа 4 мм, слой алюминия составляет до 0,4 мм и за ним следует слой мягкого пластика, поэтому лист легко обрабатывается для изготовления отверстий и пазов фрезой на станке ЧПУ за один проход и без применения охлаждения в отличие от цельного листа алюминия, который при такой же толщине нужно обрабатывать за несколько проходов, снимая каждый раз материал слоями по 0,5 мм и применяя при этом обязательное охлаждение.
Прочностных характеристик известного материала вполне достаточно для использования в качестве основания кассеты.
Крышка может быть выполнена из оцинкованной стали или из стали с последующей окраской.
Изобретение поясняется чертежом и фотографией опытного образца.
На фиг. 1 показана взрыв-схема бескорпусной кассеты светодиодного экрана.
На фиг. 2 показан общий вид опытного образца бескорпусной кассеты светодиодного экрана, вид с тыльной стороны.
Бескорпусная кассета светодиодного экрана содержит светодиодные модули 1, установленные на опорной пластине 2 толщиной 3-4 мм из композитного материала с фрезерованными пазами и окнами. На фиг. 1 представлена кассета с восемью светодиодными модулями 1, каждый размером 160×320×20 мм, для достижения размера кассеты 640×640 мм. При таком размере кассета имеет небольшую массу (до 9 кг.) и очень удобна для монтажа одним человеком. Сзади крышкой 3 из оцинкованной стали закрываются только электронные элементы управления и питания в центре кассеты (блоки питания 4, приемная карта (управляющий контроллер) 5). Модули 1 и крышка 3 крепятся винтами через силиконовые прокладки к пластине 2. Крепежные втулки для крепления управляющего контроллера и задней крышки запрессованы также в пластину 2.
Пластина 2 выполнена из композитного материала толщиной 3-4 мм. Этот материал представляет собой слой пластика 2,5-3,5 мм, заключенный между двумя слоями алюминиевой фольги, толщиной 0,2-0,4 мм. Суммарная толщина материала обычно в двух вариантах - 3 или 4 мм. Материал применяется для облицовки фасадов зданий (на замену металла), уже имеет грунтованные и крашеные поверхности, не боится осадков и температурных/солнечных воздействий; имеет достаточную твердость, жесткость и прочность, небольшую массу. Отпадает необходимость использования дополнительных ребер жесткости, так как материал 3-4 мм не подвержен изгибанию.
В пластине 2 профрезерованы окна прямоугольной формы для доступа к разъемам на светодиодных модулях 1 и пазы для прокладки сигнальных шлейфов. Также в пластине 2 просверлены все необходимые отверстия для крепления светодиодных модулей 1 и запрессовки резьбовых втулок. На резьбовые втулки по углам кассеты (см. фиг. 2) производится крепление кассет к раме (для сборки кассет в единый экран).
Обработка композитного материала производится методом сверления и фрезерования вручную, либо на имеющемся в большинстве рекламно-производственных предприятий недорогом станке с ЧПУ.
Крышка 3 вырезается сразу со всеми необходимыми отверстиями на лазерном станке с ЧПУ из оцинкованной стали толщиной 0,8 мм и затем загибается, для формирования стенок и бортика для крепления винтами. Фиксация стенок крышки 3 производится заклепками. Внутри на крышку 3 с помощью винтов или заклепок крепятся блоки питания 4. Таким образом, металл крышки 3 служит теплоотводом для блоков питания 4 и рассеивает выделяемое тепло в окружающее пространство. Отпадает необходимость использования вентиляторов для циркуляции воздуха внутри кассеты.
Крышка 3 изготавливается из оцинкованной стали (либо из обычной стали с последующей окраской) толщиной, как правило, 0,8 мм. При такой толщине стали крышка 3 хорошо держит заданную форму и является благодаря своему размеру и толщине одновременно теплоотводом для установленных на ней вплотную радиаторов (приклепаны на 4 заклепки) блоков питания 4.
Обычно для кассеты из восьми светодиодных модулей 1 с потреблением по 44 Вт каждый, применяется два блока питания 4 по 200 Вт. Площадь рассеяния тепла у крышки 3 при таком исполнении (размер 400×400 мм) получается не менее чем в десять раз больше площади радиаторов самих блоков питания (190×80 мм). Несмотря на то, что крышка 3 сделана из стали, а теплопроводность стали в 4,5 раза хуже алюминия, за счет площади поверхности производится активное рассеивание тепла в окружающую среду, а не внутрь кассеты/кабинета.
Крышка 3 крепится к пластине 2 через отверстия в бортиках с помощью винтов и с прокладкой из герметика или клейкой ленты.
Опытные образцы кассеты (фиг. 2) были изготовлены на элементарной технологической базе и подтвердили достижение заявленного технического результата, включая удобство монтажа из-за существенного снижения габаритной и монтажной толщин и массы.