ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ МОДУЛЬ
EXPLOSIONPROOF LED MODULE

В области взрывобезопасных устройств известны различные лампы, которые выполнены согласно соответствующим типам защиты от воспламенения. Например, для светодиодов (LED) такие светильники известны как имеющие тип Ex-i защиты от воспламенения. Это означает, что светодиод имеет внутренний защитный барьер, который ограничивает ток/напряжение до таких величин, что во взрывчатой смеси не может быть достигнута ни мощность воспламенения, ни температура воспламенения. Как правило, максимальная температура поверхности соответствующего компонента также ограничивается.
Кроме того, известны светодиоды, которые имеют тип Ex-m защиты от воспламенения, т.е. «инкапсуляция». Это означает, что по меньшей мере те части светодиода, который могут быть источниками воспламенения для соответствующей взрывчатой смеси, залиты некоторым составом. В результате соответствующая электрическая дуга не может достичь взрывчатой смеси, находящейся снаружи от этой инкапсуляции.
Цель настоящего изобретения заключается в создании взрывобезопасного светодиодного модуля, который прост и дешев в изготовлении и может быть изготовлен из заранее изготовленных частей. В то же время этот взрывобезопасный светодиодный модуль дополнительно отличается тем, что имеет хорошее охлаждение, соответствующее типу «внутренняя безопасность» защиты от воспламенения, а также встраиванием компонента согласно типу «Инкапсуляция» защиты от воспламенения.
Решение согласно изобретению характеризуется тем, что взрывобезопасный светодиодный модуль содержит по меньшей мере светодиод, теплоотвод, связанный с этим светодиодом, и колпачок светодиода, который закрывает светодиод по меньшей мере в направлении излучения, причем колпачок светодиода заходит в приемное углубление в теплоотводе и окружен в этом приемном углублении заливочным составом, что обеспечивает герметизацию светодиода относительно внешней и потенциально взрывоопасной атмосферы.
Такой взрывобезопасный светодиодный модуль прост в изготовлении и обладает различными преимуществами, которые до этого были известны только для различных типов защиты от воспламенения по отдельности (см. вводные замечания).
Отпадает необходимость в использовании герметизированных светодиодов непосредственно, и в то же время пространство, окружающее светодиод, является относительно малым благодаря использованию заливочного состава, теплоотвода с приемным углублением и герметизированного светодиода. При этом обеспечивается достаточное охлаждение светодиода и предотвращается выход электрической дуги во внешнюю область в потенциально взрывчатую смесь.
Соответствующий взрывобезопасный светодиодный модуль может быть выполнен только с одним светодиодом, а в качестве опции - с светодиодной панелью и соответствующими компонентами. Для возможности объединения множества светодиодов в модуле можно использовать подходящую светодиодную панель, на которой множество светодиодов установлено вдоль панели, например рядом друг с другом, а между ними имеются промежутки. Такие светодиодные панели известны и могут быть изготовлены различной длины и ширины в зависимости от потребностей. Также можно изготавливать цветовые (RGB) панели или даже гибкие панели, которые, благодаря их гибкости, могут быть оптимально приспособлены к соответствующим условиям. В случае таких гибких панелей дополнительное преимущество заключается в том, что упрощается и удешевляется их обработка.
Кроме того, оказалось, что в случае таких панелей предпочтительно, если для всех светодиодов такой светодиодной панели имеется монолитный или состоящий из отдельных элементов колпачок для всех светодиодов. В результате отпадает потребность в герметизации каждого светодиода с помощью отдельного колпачка и соответствующего заливочного состава.
Кроме того, изготовление такого взрывобезопасного светодиодного модуля со множеством светодиодов упрощается, если для всех светодиодов светодиодной панели сформирован один теплоотвод. Это означает, что имеется только один теплоотвод, на котором, например, установлена светодиодная панель. Теплоотвод может также быть выполнен из нескольких одинаковых теплоотводных сегментов.
Для возможности установки панели на теплоотводе простым и надежным способом, в особенности с учетом заливки заливочным составом, в теплоотводе может иметься по меньшей мере одно монтажное углубление, идущее в продольном направлении теплоотвода, и светодиодную панель устанавливают на охлаждающей поверхности в этом монтажном углублении. Охлаждающая поверхность может иметь размеры, которые соответствуют длине и ширине панели.
Конечно, возможно, что панель или охлаждающая поверхность имеет размеры, которые превышают длину или ширину соответствующей другой части.
Для лучшей теплопередачи между охлаждающей поверхностью и последовательно теплоотводом и светодиодной панелью может быть установлена соответствующая теплопроводящая фольга, прикрепленная или к охлаждающей поверхности, или к панели.
Для крепления колпачка светодиода, особенно в случае, когда он выполнен в виде одного элемента для множества светодиодов, охлаждающая поверхность может быть окружена приемным углублением, идущим в продольном направлении теплоотвода с обеих сторон по меньшей в некоторых местах.
В одном варианте выполнения настоящего изобретения возможно, например, что приемные углубления идут на охлаждающей поверхности по меньшей мере вдоль нее с обеих сторон. Кроме того, возможно, что приемное углубление имеется также на продольных концах охлаждающей поверхности, так чтобы это углубление, по существу, полностью окружало охлаждающую поверхность.
Можно прикрепить колпачок светодиода путем только введения или вставки его в приемное углубление и последующей заливки заливочным составом аналогично тому, как изготавливают все светодиоды согласно требуемому типу защиты от воспламенения. Однако для того, чтобы иметь возможность фиксировать колпачок светодиода в нужном месте на теплоотводе по меньшей мере временно на время заливки заливочным составом, колпачок светодиода может содержать множество вставных элементов, выступающих в направлении приемного углубления, для крепления на теплоотводе.
Возможен вариант выполнения настоящего изобретения, в котором такие вставные элементы содержат фиксирующие элементы, которые взаимодействуют с ответными фиксирующими элементами внутри приемного углубления. Таким образом, колпачок светодиодов может фиксироваться на теплоотводе после установки светодиодной панели и подвода электропитания к панели, при этом заливочный состав впоследствии вводят в приемное углубление, чтобы, с одной стороны, зафиксировать колпачок светодиодов на месте, а с другой стороны, произвести герметизацию светодиодов относительно окружающей атмосферы.
Допустимы альтернативные варианты крепления. Например, светодиодная панель может быть прикреплена к теплоотводу резьбовым соединением. Затем ставят защитную крышку или колпачок светодиодов, фиксируют их в этом положении и заливают. После того, как заливочный состав затвердеет, соответствующее фиксирующее устройство удаляют, и колпачок держится только благодаря заливочному составу.
Для согласования соответствующих фиксирующих элементов с ответными фиксирующими элементами простым способом в одном варианте выполнения настоящего изобретения формируют фиксирующее углубление, которое идет по существу перпендикулярно продольному направлению теплоотвода и которое идет вдоль приемного углубления. Это означает, что нет необходимости в точном соответствии между фиксирующим элементом и ответным фиксирующим элементом, и возможно даже смещение колпачка светодиода после зацепления фиксирующих элементов в фиксирующих углублениях. Однако, как вариант, для обеспечения точного совмещения светодиодов и колпачка светодиодов для каждого фиксирующего элемента может быть предусмотрен соответствующий ответный фиксирующий элемент, в результате чего каждый такой ответный фиксирующий элемент выполнен в виде только соответствующего фиксирующего углубления, которое выполнено, по существу, перпендикулярно продольному направлению теплоотвода в пределах приемного углубления.
В этой связи, возможно, что фиксация на месте фиксирующих элементов имеет место «наружу» - в направлении от охлаждающей поверхности или также «внутрь» - к охлаждающей поверхности. Кроме того, возможно, что фиксирующие элементы установлены с обеих сторон охлаждающей поверхности парами или также смещены относительно друг друга.
Чтобы не допустить возможности того, что заливочный состав, после того, как он затвердел, мог быть извлечен вместе с колпачком светодиода под действием внешней силы, действующей на колпачок светодиода, приемное углубление может иметь переменное поперечное сечение и/или участок с меняющимся направлением в сторону ответного фиксирующего элемента.
Это означает что поперечное сечение приемного углубления увеличивается, например, в направлении к фиксирующему углублению. Еще одна возможность состоит в том, что фиксирующее углубление идет волнообразно, например зигзагом и т.п., в сторону ответного фиксирующего элемента.
Для возможности уплотнения колпачка светодиодов аналогичным способом на концах светодиодных панелей путем соответствующего нанесения заливочного состава, в каждом из продольных концов светодиодной панели в теплоотводе можно выполнить заливочные углубления. Это заливочное углубление может быть выполнено на ту же глубину, что и приемное углубление, однако может быть выполнено и на другую глубину. Например, возможно, что в области заливочного углубления больше не устанавливают соответствующих вставных элементов, поэтому эти вставные элементы больше не будут находиться в заливочном составе, в результате чего глубина заливочного углубления может быть меньше, чем глубина приемного углубления.
Для обеспечения надежной герметизации колпачка светодиодов заливочным составом на теплоотводе, у колпачка светодиодов может быть круговой край, в частности по всей окружности, выступающий в направлении приемного углубления или заливочного углубления. В случае колпачка светодиодов, который устанавливается на теплоотводе, этот круговой край располагается в заливочном составе так, чтобы герметизация светодиодов относительно внешней атмосферы, по существу, имела место благодаря погружению этого кругового края в заливочный состав.
Можно формировать вставные элементы отдельно от кругового края и отделить от остальной части колпачка светодиода в направлении приемного углубления. В случае простого варианта выполнения настоящего изобретения вставные элементы могут выступать за круговой край.
Колпачок светодиодов может иметь однородное искривление в продольном направлении для удерживания всех светодиодов. Однако может оказаться предпочтительным, если колпачок светодиода имеет навесные средства для светодиодов, выступающие от светодиодов, при этом каждому навесному средству соответствует собственный светодиод.
Отдельные навесные средства светодиодов могут быть выполнены в виде системы линз для светодиодов или они могут содержать такую систему.
В случае такого назначения навесных средств светодиодам соответствующее навесное средство также может быть сформировано как оптический элемент, который, например, определяет направление излучения светодиода, что делает испускание света от светодиодов непрерывным, а не точечным и т.д.
В пределах колпачка светодиода или навесного средства могут иметься отражательные устройства, которые аналогично служат для направления света, или же колпачок или навесные средства могут иметь на внутренней или внешней частях поверхностные структуры, которые аналогично влияют на излучение или интенсивность света.
Длина такого светодиодного модуля светодиодных панелей может приблизительно соответствовать длине трубчатой люминесцентной лампы, чтобы последнюю можно было заменить светодиодным модулем. Известно, что такие люминесцентные лампы часто устанавливают рядом по несколько штук, например парой. Это возможно и с использованием светодиодного модуля согласно настоящему изобретению, в котором теплоотвод имеет в направлении, перпендикулярном своей продольной оси, два боковых конца, которые идут наклонно относительно вертикали, в результате чего светодиодная панель с колпачком светодиода и заливочный состав размещаются на каждом из этих боковых концов, то есть каждый из этих боковых концов формирует лампу, аналогичную люминесцентной лампе.
Можно создать светодиодный модуль любой желаемой длины, например, значительно короче, чем длина трубки люминесцентной лампы. Длина люминесцентной лампы (для мощностей 18, 36 и 58 Вт или их эквивалентов в других странах) может быть достигнута путем соединения множества модулей. Кроме того, можно изготавливать лампы, длина которых, по существу, отличается от этих стандартных длин.
Для изготовления теплоотвода, колпачка светодиода или заливочного состава могут использоваться различные материалы. Теплоотвод предпочтительно изготовлен из металла и имеет, например, дополнительные охлаждающие ребра. Аналогично, возможно, что теплоотвод состоит из множества частей и, таким образом, имеет металлическое охлаждающее ядро с охлаждающими ребрами и пластмассовым кожухом, окружающим это ядро.
Как и другие защитные крышки, колпачок светодиода может быть изготовлен из подходящего прозрачного или по меньшей мере полупрозрачного материала, например боросиликата, жаростойкого стекла или пластмассы, такой как поликарбонат и т.п.
Как вариант, колпачок светодиода может быть окрашен в различные цвета и/или иметь цветное покрытие.
Аналогично, заливочный состав может быть изготовлен из подходящего материала, такого как полиуретановая смола, эпоксидная смола, силиконовая смола и т.п. Как правило, заливочный состав представляет собой заливочную смолу, в которой химическая реакция вызывает необратимое отвердевание. Можно использовать и другие подходящие заливочные смолы помимо перечисленных.
Ниже описан предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи.
На чертежах:
на фиг.1 показано увеличенное изображение светодиодного модуля согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 показан вид сбоку светодиодного модуля, изображенного на фиг.1;
на фиг.3 показано увеличенное сечение по линии III-III на фиг.2;
на фиг.4 показано сечение по линии IV-IV на фиг.2 и
на фиг.5 показано сечение по линии V-V на фиг.2.
На фиг.1 показан увеличенный вид сверху и сбоку светодиодного модуля 1 согласно изобретению. В светодиодном модуле 1 имеется теплоотвод 3, который идет в продольном направлении 10. На обоих его боковых концах 24, 25 (см. также фиг.3) установлены светодиоды 2, которые все вместе установлены на одной светодиодной панели 8. В продольном направлении панель 8 идет по всей длине в продольном направлении 9 теплоотвода 3. Между боковыми концами 24, 25 теплоотвода имеется множество охлаждающих ребер 28 (см. также фиг.3-5). На левом боковом конце 24 (см. фиг.1, а также фиг.3) показаны различные отдельные части светодиодного модуля в трехмерном изображении. Например, видна светодиодная панель 8 с множеством светодиодов 2, выше которой установлен соответствующий колпачок 5 светодиодов, а еще выше показан заливочный состав 7. Все эти части идут, по существу, по всей длине теплоотвода 3 (см. также другой боковой конец 25).
Светодиодная панель 8 уложена в монтажное углубление 11 на соответствующем боковом конце 24 или 25 и находится в контакте с соответствующей охлаждающей поверхностью 12 (см. также фиг.3). Между светодиодной панелью 8 и охлаждающей поверхностью может быть установлена теплопроводящая фольга (не показана). Охлаждающая поверхность 12 идет вдоль монтажного углубления 11 и образует нижний уровень (см. фиг.3). На охлаждающей поверхности 12 могут иметься или быть прикреплены к ней соответствующие средства, которые фиксируют светодиодную панель 8 на месте в определенном относительном положении или по меньшей мере позиционируют ее. Соответствующие устройства могут также иметься только в концах монтажных углублений 11 или охлаждающей поверхности 12.
В монтажном углублении 11 имеются соответствующие концы на концах охлаждающей поверхности 12 (см., например, фиг.1) с продольными концами 20 и 21 светодиодной панели 8, в которых размещаются конечные секции 26, 27 заливочного состава 7.
На фиг.1 видно, что заливочный состав 7 не представляет собой отдельной части, а, как правило, сформирован из заливочной смолы, которая залита в монтажное углубление 11, а также в соответствующее приемное углубление 6 (см. последующие пояснения). Там заливочный состав 7 затвердевает и принимает форму согласно фиг.1 (см. позицию 7).
На фиг.3 соответствующее поперечное сечение затвердевшего заливочного состава обозначено позицией 7, но вновь следует подчеркнуть, что эта часть не затвердевает, а затем вставляется в эту форму, но наоборот - принимает соответствующую форму только после заливки и затвердевания заливочного состава.
Во время заливки заливочного состава 7 он принимает форму, дополняющую внутреннюю часть углубления, на стороне, обращенной к приемному углублению 6 или монтажному углублению 11 (см. также фиг.4 и 5), в результате чего заливочный состав служит для уплотнения между колпачком 5 светодиода и теплоотводом 3, а следовательно, для герметизации светодиодов или светодиодной панели 8.
Заливочные углубления 19 сформированы на соответствующих концах монтажных углублений 11 (см. фиг.1), в результате чего конечные секции 26 или 27 заливочного состава 7 попадают в эти заливочные углубления 19.
В колпачке 5 светодиода имеется множество вставных элементов 13 на его нижней стороне, которая обращена к приемному углублению 6 (см. также фиг.3). Во время установки колпачка 5 светодиода на теплоотводе 3 эти вставные элементы 13 вставляют в приемное углубление 6 и там фиксируют на месте на свободных концах вставных элементов 13 в соответствующих фиксирующих углублениях 16 посредством фиксирующих элементов 14 (см. также фиг.4 и 5). Рядом со вставными элементами 13 в колпачке 5 светодиодов имеется круговой край 22, который идет по всей окружности и который заходит в заливочный состав 7, когда колпачок светодиода 5 присоединен к теплоотводу 3 (см. также фиг.4). Соответствующие вставные элементы 13 выступают за этот круговой край 22 (см. фиг.1).
На фиг.2 изображен вид сбоку светодиодного модуля 1, изображенного на фиг.1. В частности, обозначено несколько сечений по линиям III-III, IV-IV и V-V, которые соответствуют фиг.3-5. В частности, на фиг.2 видно, что в колпачке светодиодов 5 имеется множество навесных средств 23 светодиодов (см. также фиг.1), каждое из которых ассоциировано со светодиодом 2 на светодиодной панели 8. В показанном варианте выполнения настоящего изобретения соответствующие навесные средства 23 светодиодов установлены, например, на продольных концах 20 или 21 светодиодной панели 8 для покрытия светодиодов 2, которые находятся в ней. Колпачок 5 светодиодов окружен заливочным составом 7 вдоль всей окружности (см. конечные секции 26 и 27), а заливочный состав 7 залит в приемное углубление 6 (см. фиг.3-5).
На фиг.3 показано сечение по линии III-III на фиг.2, которое представляет собой увеличенное изображение фиг.1. В этом варианте выполнения настоящего изобретения теплоотвод 3 содержит зеркально симметричные половины 29, 30, которые соединены друг с другом соседними сторонами с возможностью разъединения. У каждой из этих половин имеется внутреннее металлическое тело с охлаждающими ребрами 28, которые выступают из него. Они установлены в кожухе, выполненном, например, из пластмассы.
На каждом из боковых концов 24, 25 теплоотвода 3 находятся светодиодная панель 8, колпачок 5 светодиодов и соответствующий заливочный состав 7. Светодиодная панель 8 установлена на охлаждающей поверхности 12 в пределах монтажного углубления 11. Охлаждающая поверхность 12 ограничена вдоль ее продольных сторон приемным углублением 6, которое простирается в теплоотвод 3 и служит, в частности, для удерживания вставных элементов 13 (см. фиг.5) и по меньшей мере частично удерживает заливочный состав 7.
Приемное углубление 6 имеет переменное поперечное сечение (см. также позицию 17 на фиг.4), при этом, как правило, поперечное сечение увеличивается по направлению от стороны введения, то есть если двигаться от охлаждающей стороны 12. Однако поперечное сечение может вновь уменьшиться позже, а все приемное углубление 6 может иметь участок 18 (см. фиг.4), в котором направление углубления меняется.
Нижний конец приемного углубления 6 имеет боковые фиксирующие углубления 16, которые служат в качестве ответных фиксирующих элементов 15 для фиксации элементов 14, которые выполнены на свободных концах вставных элементов 13 (см. также фиг.5). В области между вставными элементами 13 (см., например, фиг.4) круговой край 22 колпачка 5 светодиодов заходит в заливочный состав 7, который, по существу, полностью заполняет приемное углубление 6 и по существу оставляет свободными только навесные средства 23 светодиода.
В альтернативном варианте колпачок светодиодов устанавливают так, что его круговой край 22 и вставные элементы 13 полностью находятся в заливочном составе 7.
Согласно фиг.3, у соответствующих светодиодов 2 имеется определенная область или направление 4 излучения, которое, по существу, определяется соответствующими навесные средствами 23 светодиода.
Кроме того, следует отметить, что заливочный состав 7 (см., например, фиг.3) может также оставить непокрытыми области между навесные средствами 23 светодиода, и в таком случае может распространяться только в круговом направлении вокруг колпачка 5 светодиода (см., в частности, в приемное углубление 6 и монтажное углубление 11), а заливочные углубления 19 находятся со стороны края (см. фиг.1 или 2).
На фиг.3 дополнительно изображена линия 31 подачи электроэнергии, которая входит в приемное углубление 6 в области продольного конца светодиодной панели 8 и предназначена для электрического соединения с контактами светодиодной панели 8. Она также герметизирована заливочным составом 7, аналогично тому, как это сделано для колпачка 5 светодиода.
На фиг.4 и 5 показаны дополнительные сечения вдоль линий IV-IV и V-V на фиг.2 (см., однако, также фиг.1).
На фиг.4 показано сечение колпачка 5 светодиодов между соответствующими вставными элементами 13, при этом круговой край 22 находится в заливочном составе 7.
На фиг.5 показан колпачок 5 светодиодов в области вставного элемента 13 совместно с фиксирующим элементом 14, при этом он, по существу, идет до основания приемного углубления 6 и там сцепляется с ответным фиксирующим элементом 15 в виде фиксирующего углубления 16.
Ниже описана последовательность сборки светодиодного модуля.
На первом шаге теплоотвод 3, в качестве опции, составляют из двух половин 29, 30 (см. фиг.3), и эти половины скрепляют друг с другом. Затем светодиодную панель 8 размещают вдоль охлаждающей поверхности 12, установив между ними теплопроводную фольгу. Для временной фиксации светодиодной панели 8 на месте на следующем шаге устанавливают колпачок 5 светодиода, при этом вставные элементы 13 входят в зацепление с приемным углублением 6.
Надавливая должным образом на колпачок 5 светодиодов, его вставные элементы 13 вводят в приемное углубление 6 до тех пор, пока, наконец, фиксирующие элементы 14 не войдут в зацепление с фиксирующими углублениями 16, играющими роль ответных фиксирующих элементов 15 (см. также фиг.5). После этого заливочный состав 7 заливают в приемное углубление 6, а также - на продольных концах 20, 21 светодиодной панели 8 или колпачка светодиодов 5 - в соответствующие заливочные углубления 19 в монтажном углублении 11.
Благодаря специальной конструкции светодиодной панели со светодиодами и колпачком 5 светодиодов, между светодиодами и колпачком светодиодов остается соответствующее свободное пространство по принципу водолазного колокола. Это означает, что колпачку для светодиодов не угрожает избыток заливочного состава.
После затвердевания заливочного состава 7 светодиодный модуль 1 готов к использованию, при этом все светодиоды способны работать во взрывоопасной атмосфере благодаря герметизации с помощью заливочного состава и должному охлаждению каждого светодиода.