Электрическое схемное устройство, в частности сигнальный светильник

Предметом данного изобретения является электрическое схемное устройство, в частности электрическое сигнальное схемное устройство, предпочтительно сигнальный светильник, который снабжен расположенным на печатной плате (4) электрическим конструктивным элементом (3), в частности осветительным средством (3). Согласно изобретению печатная плата (4) изготовлена из теплопроводного материала. Фон Дер Липпе Норберт (DE) Фелицына С.Б. (RU)(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФХФ ФУНКЕ + ХУСТЕР ФЕРНСИГ ГМБХ (DE) 016630 Изобретение относится к электрическому схемному устройству, в частности электрическому сигнальному схемному устройству, преимущественно сигнальному светильнику для применения во взрывоопасных условиях, по меньшей мере с одним расположенным на печатной плате электрическим конструктивным элементом, в частности осветительным средством, причем печатная плата изготовлена из теплопроводного материала. В случае осветительного средства речь идет преимущественно о светоизлучающем диоде. Сигнальные светильники обычно применяются для подачи одного или нескольких оптических сигналов, служащих для предупреждения о возможных опасностях, отклонениях и т.д. Такие сигнальные светильники применяются для сообщения и предупреждения, например, о неисправности машины. Но точно также хорошо сигнальные светильники могут служить для указания запасных выходов или применяться на рекламных поверхностях. В сигнальном светильнике, как он описывается в DE 10239347 А 1, применяется сигнальная колонна, которая отличается цилиндрической формой печатной платы и находящимися на ней отдельно управляемыми люминесцентными элементами. В случае печатной платы речь идет о гибкой фольге, которая на своей наружной стороне может иметь оболочку из прозрачного материала. Она в принципе оправдала себя. Однако поскольку все осветительные средства должны располагаться в корпусе для сигнального светильника, в рамках специального применения возникает проблема отвода тепла. Это, в частности,относится к таким сигнальным светильникам, которые применяются во взрывоопасных условиях, т.е. так называемым взрывозащищенным сигнальным светильникам. Так как подобного рода светильники, как правило, имеют прочный герметичный корпус, то существует проблема отвода возникающего в корпусе потерянного тепла со стороны осветительного средства. Это в принципе относится ко всем корпусам сигнальных светильников, так как в связи с, по меньшей мере, часто требуемой высокой силой света осветительного средства приходится считаться с повышенным выходом потерянного тепла. Это потерянное тепло может вести к повышению температуры внутри корпуса по сравнению с температурой окружающей среды, имеется ли прочный герметичный корпус или нет. Вследствие этой повышенной температуры корпуса применение сигнального светильника или в целом электрического схемного устройства во взрывоопасных условиях становится проблематичным. Существует опасность, что частичные зоны корпуса нагреются существенно выше, чем другие зоны. Этот эффект так называемых горячих точек не желателен на поверхности приборов в сигнальных светильниках во взрывозащищенном исполнении. Такие горячие поверхности или горячие точки могут представлять собой источники воспламенения для окружающей атмосферы во взрывоопасных областях. Это относится не только к определенной газовой смеси или появлению газов, способных к воспламенению, но и также, например, к горючей пыли при переработке порошков. В этой связи следует учитывать, что чем меньше имеющееся расстояние между соответствующим источником тепла и поверхностью, тем выше местный нагрев, обусловленный излучением или конвекцией. Это означает, что возникновению описанных горячих точек способствует наличие небольших расстояний между источником тепла и поверхностью и недостаточный отвод тепла от этой поверхности. Впрочем, повышенная температура корпуса по сравнению с температурой окружающей среды приводит к другим нежелательным явлениям, которые, в частности, отрицательно проявляются при повышенной влажности воздуха, а именно в том, что влага попадает в корпус или в значительной степени осаждается в нем. Это затем часто приводит к тому, что сигнальный светильник перестает функционировать. Во всяком случае, между сигнальным светильником и окружающей средой возникает повышенная разница температур и следующая в результате этого разница в давлении, которые могут привести к описанным отрицательным эффектам. В известной из уровня техники публикации GB 2438467 А соответствующая печатная плата с находящимся на ней осветительным средством, соответственно светоизлучающим диодом, расположена на охлаждающем элементе. Из-за этого образуется излишне громоздкая конструкция, которая ограничена в части возможностей применения. Изобретение предлагает выход из затруднительного положения. В образующем родовую часть уровне техники согласно публикации WO 2005/059436 А 1 у электрического схемного устройства для применения в взрывоопасных условиях с несколькими установленными на печатной плате светодиодами предусмотрено, что печатная плата изготовлена из теплопроводного материала и установлена на вставке корпуса, изготовленного также из теплопроводного материала, причем вставка корпуса в основном состоит из двух частей: основания вставки и несущей печатную плату головки вставки. В основе изобретения лежит техническая задача создания такого электрического схемного устройства, преимущественно сигнального светильника описанной выше конструкции, с помощью которого можно получить по возможности меньшую разницу в температурах и, следовательно, в давлении в сигнальном светильнике или в его корпусе и окружающей среде, причем должно быть предотвращено появ-1 016630 ление горячих точек. Для решения поставленной технической задачи в предлагаемом электрическом схемном устройстве, преимущественным образом сигнальном светильнике, при применении во взрывоопасных условиях предусмотрено, что головка вставки для лучшего отвода тепла выполнена как полое тело, в которое для его крепления вставляется основание вставки. При этом в рамках изобретения обычно подразумевается материал с (хорошей) теплопроводностью,который имеет (большую) теплопроводность свыше 20 Вт/(мК). В частности, применяются в основном материалы с теплопроводностью свыше 100 Вт/(мК) и предпочтительно с теплопроводностью свыше 200 Вт/(мК). Подобные значения теплопроводности обычно достигаются только хорошими проводниками тепла, преобладающим образом металлами. При этом изобретение предлагает предпочтительно применение легкого металла, т.е. такого металла, у которого плотность ниже 5 г/см 3. В этой связи в качестве материалов для печатной платы особенно подходящими оказались такие металлы, как алюминий или алюминиевые сплавы. Но в принципе могут применяться медь и такой сплав, как латунь, в этом случае, правда, речь уже не идет в обычном смысле о легких металлах, и что уже следует понимать как опцию. Чтобы осветительное средство и его контакты изолировать от металлической печатной платы, рассматриваемая металлическая печатная плата со стороны осветительного средства снабжена нанесенной изоляцией. Кроме того, на печатную плату может быть нанесен слой меди, который обеспечивает необходимые электрические точки подключения и соединения для осветительного средства на печатной плате и создает предпосылку для (автоматизированного) процесса пайки при установке осветительного средства на печатной плате. Под осветительным средством фактически подразумевается предпочтительно светоизлучающий диод (LED), а именно, в частности, применяемый в SMD-технике (SMD-компонент для монтажа на поверхности), т.е. SMD-LED. Т.е. имеющийся в виду светоизлучающий диод наносится на поверхность печатной платы и здесь осуществляется контакт и, например, никакие контактные проводники не пропускаются через печатную плату. Контактирование осветительного средства и его управление обеспечивается с помощью слоя меди. Точно также имеющаяся на верхней стороне печатной платы изоляция создает необходимое электрическое сопротивление. При этом конструкция, как правило, выполнена так, что на металлическую или алюминиевую печатную плату со стороны осветительного средства сначала наносится изоляция или изоляционный слой и на него затем слой меди, который со своей стороны в этом случае имеет смонтированное на поверхности осветительное средство. На своей обращенной от осветительного средства стороне или поверхности печатная плата предпочтительно соединена со вставкой корпуса или установлена на этой вставке корпуса. Благодаря тому, что вставка корпуса также изготовлена из теплопроводного материала, потерянное тепло, возникающее при освещении с помощью осветительного средства, отдается благодаря теплопроводности непосредственно через металлическую печатную плату точно также металлической вставке корпуса. Это сопоставимо для случая, когда вместо осветительного средства на рассматриваемой металлической печатной плате расположен другой электрический, соответственно электронный конструктивный элемент, например динамик, который может служить в качестве сигнального динамика. Во всяком случае, согласно изобретению потерянное тепло, вынужденно переданное рассматриваемым электрическим соответствующим электронным конструктивным элементом непосредственно через металлическую печатную плату, передается вставке корпуса и затем корпусу. Благодаря этому осуществляется в целом непрерывный отвод тепла и эффективное распределение тепла, начиная от источника тепла или электрического/электронного конструктивного элемента через большую поверхность. Таким образом, уже на ранней стадии предотвращается образование ранее описанных горячих точек. Так как вставка корпуса имеет относительно большую поверхность, она работает в качестве температурного отвода. Теплопроводность еще больше улучшается в случае, когда рассматриваемая вставка корпуса соединена с корпусом. Поскольку обычно корпус также изготовлен из металла, то в этом случае тепло благодаря теплопроводности дополнительно отдается корпусу, откуда оно распределяется наружу с помощью теплового излучения или тепловой конвекции в сочетании с окружающим воздухом. При этом предполагается использование материалов или металлов для печатной платы для вставки корпуса или самого корпуса, которые имеют сравнимую или одинаковую теплопроводность с тем, чтобы обеспечить беспрепятственный тепловой поток. Здесь в качестве подходящего общего материала указывается алюминий. При этом тепловой поток поддерживается или транспортируется благодаря теплопроводности между металлической печатной платой и также металлической вставкой корпуса еще с помощью того, что между печатной платой и вставкой корпуса высокую теплопроводность обеспечивает теплопроводная паста. Во всяком случае, печатная плата термически соединена со вставкой корпуса и она опять же термически соединена с корпусом, так что наблюдается непрерывный тепловой поток от осветительного средства через печатную плату, вставку корпуса и затем к корпусу. При этом имеет место возрастающее-2 016630 увеличение поверхности, так что от каждого отдельного конструктивного элемента тепло с помощью теплового излучения и конвекции может отдаваться окружающей атмосфере, все возрастая от печатной платы вплоть до корпуса. Вставка корпуса большей частью через основание вставки соединена (термически) с корпусом. Выполненная в виде полого тела головка корпуса может иметь форму с несколькими гранями в виде треугольника, четырехугольника, пятиугольника, предпочтительно шестиугольника. Такие многоугольники имеют боковые поверхности, предпочтительно поверхности для крепления нескольких печатных плат. Фактически головка вставки большей частью выполнена в виде шестиугольной полой призмы, т.е. имеет внутри по существу форму полого цилиндра и шестиугольную форму своей наружной поверхности. Благодаря этому на каждой из шести боковых поверхностей может быть установлена соответственно одна печатная плата с предназначенным осветительным средством, так что в целом осветительные средства без проблем перекрывают угол светового излучения в 360, поскольку установленные светоизлучающие диоды располагают углом излучения от 30 до 90 или еще больше. Несколько печатных плат большей частью расположены в пространстве таким образом, что достигается круговое освещение, что для многих сигнальных светильников имеет особое значение. Наконец для лучшего отвода тепла предусмотрено, что выполненная полой или в виде полого цилиндра головка вставки установлена на перемычку основания вставки или основание вставки своей перемычкой входит в зацепление с головкой вставки. Благодаря этому головка вставки без проблем может монтироваться на основании вставки, а именно, например, таким образом, что головка вставки снабжается канавками, в которые входит перемычка на головке вставки при установке головки вставки на основание вставки. К этому следует добавить, что благодаря полому исполнению головки вставки образуется большая поверхность, и излишнее тепло от головки вставки без труда передается основанию вставки. В итоге, в распоряжении имеется электрическое схемное устройство, соответствующее, в частности, сигнальному светильнику, которое благодаря описанному и особенно продуманному отводу тепла предназначено, в частности, для применения во взрывоопасных условиях. Таким образом потерянное тепло, неизбежно возникающее внутри корпуса от электрических/электронных конструктивных элементов или осветительного средства, отводится быстро и через, как правило, увеличенную поверхность в направлении теплового потока передается окружающей среде. Благодаря этому в итоге предотвращается возникновение уже описанных горячих точек, а температура корпуса может снижаться до величин,которые незначительно выше окружающей температуры, например, не превышают значения 60 С. Чаще всего температура корпуса лежит даже еще ниже, например ниже 50 С. Эта уменьшенная разница температуры корпуса по сравнению с окружающей температурой и отсутствие горячих точек предотвращает опасность взрывов находящихся в окружении при случае воспламеняющихся газов или пыли. Таким образом, описанное схемное устройство особенно предназначено для применения во взрывоопасных условиях. Кроме того, уменьшенная разница температуры корпуса по сравнению с окружающей средой ведет к тому, что в значительной степени предотвращается образование влаги внутри или проникновение влаги внутрь вследствие разницы в давлении. Это в целом повышает срок службы и надежность работы электрического схемного устройства. Это по сути достигается в изобретении благодаря тому, что электрический или электронный конструктивный элемент, или осветительное средство располагается на печатной плате из теплопроводного материала, в частности металлической печатной плате. Печатная плата внутренней стороной передает возникающее тепло также имеющей хорошую теплопроводность соответственно металлической вставке корпуса. В этом следует усматривать существенные преимущества. Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью чертежа, представляющего только один пример осуществления, где показывают: фиг. 1- схематически предложенное в соответствии с изобретением электрическое схемное устройство в виде сигнального светильника,фиг. 2 - вид сбоку вставки корпуса в соответствии с фиг. 1 и фиг. 3 - вид сверху вставки корпуса на фиг. 2 по направлению X. На фигурах изображено электрическое схемное устройство в виде сигнального светильника, который имеет корпус 1. Внутри корпуса 1 находится расположенный на печатной плате электрический, соответственно электронный конструктивный элемент 3. В рамках примера осуществления рассматриваемый конструктивный элемент 3 выполнен в виде осветительного средства 3. Корпус 1 выполнен в основном из двух частей: одного основания 1 а корпуса и более или менее прозрачной головки 1b корпуса. Прозрачная головка 1b корпуса установлена так, что свет, излучаемый осветительным средством 3 внутри корпуса 1, может восприниматься как сигнал или предупреждение, как это было уже однажды описано. В случае электрического схемного устройства речь идет об электрическом сигнальном устройстве и здесь предпочтительно о подробно представленном на фигурах сигнальном светильнике. При этом в, частности, осветительное средство 3 расположено на печатной плате 4. Согласно изобретению печатная плата 4 изготовлена из теплопроводного материала, т.е. из материала с теплопроводностью свыше 20 Вт/(мК). Обычно речь идет о металлической печатной плате 4, предпочтительно из-3 016630 алюминия. В качестве осветительного средства применяются несколько расположенных в пространстве светодиодов 3, а именно предпочтительно светоизлучающие диоды, устанавливаемые с помощью техникиSMD. При этом осветительные средства 3 расположены по кругу относительно центральной оси А корпуса 1, причем корпус 1 выполнен вращательно-симметричным относительно этой оси. Таким образом,свет, излучаемый светоизлучающими диодами или осветительными средствами 3, направляется во все стороны пространства, так что в сочетании с прозрачной головкой 1b корпуса обеспечивается излучение света во все стороны. Детальное устройство лучше всего видно на увеличенном разрезе, представленном на фиг. 3. Здесь первоначально можно увидеть, что печатная плата 4 расположена на вставке 5 корпуса и термически соединена с ней, что более подробно поясняется ниже. Печатная плата 4 сама своей поверхностью, обращенной от осветительного средства 3, соединена с рассматриваемой вставкой 5 корпуса, а именно в настоящем случае с помощью промежуточного расположения теплопроводной пасты 6 или сравнимого материала или текучей среды для уменьшения сопротивления теплового перехода между печатной платой 4 и вставкой 5 корпуса. Вместо теплопроводной пасты 6 или дополнительно к ней печатная плата 4 на своей поверхности, обращенной к вставке 5 корпуса, может оснащаться способствующим теплопроводности медным покрытием или другим покрытием. Однако это не показано. Устройство поверхности печатной платы, обращенной к осветительному средству 3, ниже показывается с помощью фиг. 3. Сначала со стороны осветительного средства или на поверхности, обращенной к осветительному средству 3, печатная плата 4 имеет нанесенный изоляционный слой 7, предназначенный для необходимой электрической изоляции подводящих проводов к осветительному средству 3 и от осветительного средства 3 в качестве такового относительно печатной платы 4. Изоляционный слой 7 может быть выполнен из лака, порошкового покрытия, покрытия из синтетического материала и т.д. Следом за ним в направлении осветительного средства 3 расположено покрытие 8 из меди или в общем покрытие 8, обладающее проводимостью, которое представляет необходимые подводящие провода и точки подключения для соответствующих осветительных средств 3. При этом осветительное средство 3 нанесено непосредственно на покрытие из меди или покрытие 8, обладающее проводимостью. Дополнительно нанесенный на покрытие из меди или покрытие 8, обладающее проводимостью, верхний лак для пайки дополнительно обеспечивает при автоматизированной пайке безупречное соединение осветительного средства 3 с точками подключения или проводами со стороны медного покрытия или покрытия 8, обладающего проводимостью. Это, естественно, в целом представляет только дополнение. Решающим является тот факт, что возможное, связанное с излучением света осветительным средством 3 потерянное тепло непосредственно от металлической печатной платы 4 благодаря теплопроводности через теплопроводную пасту 6 передается вставке 5 корпуса. Поскольку, как следует из фиг. 1 и 2,вставка 5 корпуса уже располагает относительно большой поверхностью, данное потерянное тепло без проблем может излучаться через большую поверхность или с помощью конвекции передаваться в окружающую атмосферу или окружающий воздух. При этом тепловой поток оптимизируется еще благодаря тому, что вставка 5 корпуса термически соединена с корпусом 1, например соединена с ним винтами. Благодаря этому достигается вторичное увеличение поверхности, отдающей тепло, а именно в форме изготовленного из металла основания 1 а корпуса. Из соображений равномерного теплового потока вставка 5 корпуса, как и корпус 1, изготавливается в целом из алюминия. Сравнительное рассмотрение фиг. 1 и 2 позволяет увидеть, что вставка 5 корпуса в целом изготовлена из двух частей: основания 5 а вставки и головки 5b вставки, которая несет соответствующую печатную плату 4 или несколько печатных плат 4. В рамках примера осуществления, что не является ограничением, головка 5b выполнена в поперечном сечении в виде многоугольника с соответствующими боковыми поверхностями 10, которые соответственно несут по одной печатной плате 4. Фактически соответствующая печатная плата 4 с помощью винтов 11 крепится на соответствующую боковую поверхность 10 головки 5b вставки. Соответственно выше и ниже винта 11 находится осветительное средство 3. Печатные платы 4 располагаются на боковых поверхностях 10 с промежуточным включением теплопроводной пасты 6, причем осветительные средства 3 имеют предпочтительно вертикальное расположение в направлении оси А, что, разумеется, не обязательно. Далее из фиг. 3 следует, что головка 5b вставки выполнена в виде полого тела, в которое вставлено основание 5 а вставки. Для этого основание 5 а вставки со стороны головки имеет перемычку 12, которая входит в предназначенные канавки 13 головки 5b вставки или головка 5b вставки надевается на рассматриваемую перемычку 12 основания 5 а вставки, что облегчает монтаж. Кроме того, таким образом, обеспечивается требуемый термический или тепловой контакт между головкой 5b вставки и основанием 5 а вставки. Осветительные средства 3 или светоизлучающие диоды могут быть выполнены как одноцветные или иметь различные цвета. Разумеется, изобретением охватываются также светоизлучающие диоды белого цвета. С помощью возможного выбора цвета светоизлучающих диодов из желтого, красного, зеленого и/или голубого цветов можно отказаться от окрашивания головки 1b или прозрачного кожуха в-4 016630 этом месте. Тем не менее, по желанию сигнальная функция может осуществляться с помощью соответствующего цвета или также нескольких цветов. Далее в рамках изобретения при необходимости имеется возможность охлаждения соответствующей печатной платы 4 и/или вставки 5 корпуса, и/или корпуса 1 в целом. Это может осуществляться с помощью элементов Пельтье. Благодаря тому, что отдельные печатные платы 4 соединяются с помощью штекерных разъемов, получается особо простая конструкция. Так как основание 5 а корпуса вставки корпуса 5 служит не только для теплопроводности и отвода тепла, а дополнительно для того, чтобы собирать и подводить подводящие провода 15 к осветительным средствам. После установки головки 5b вставки штекерные разъемы 14 обеспечивают требуемое электрическое соединение. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электрическое схемное устройство для применения в взрывоопасных условиях по меньшей мере с одним расположенным на печатной плате (4) электрическим конструктивным элементом (3), причем печатная плата (4) изготовлена из теплопроводного материала, причем печатная плата (4) установлена на вставке (5) корпуса, изготовленного из теплопроводного материала, причем вставка (5) корпуса в основном состоит из двух частей: основания (5 а) вставки и несущей печатную плату (4) головки (5b) вставки,отличающееся тем, что головка (5b) вставки с возможностью лучшего отвода тепла выполнена в виде полого тела, в которое для его крепления вставляется основание (5 а) вставки, причем головка (5b) вставки надета на перемычку (12) основания (5 а) вставки, при этом основание (5 а) вставки имеет со стороны головки упомянутую перемычку (12), которая входит в соответствующие канавки (13) головки (5b) вставки. 2. Электрическое схемное устройство по п.1, отличающееся тем, что печатная плата имеет теплопроводность более 20 Вт/(мК), в частности более 100 Вт/(мК), преимущественно более 100 Вт/(мК) и особенно предпочтительно более 200 Вт/(мК). 3. Электрическое схемное устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что печатная плата (4) изготовлена из металла с нанесенной со стороны конструктивного элемента (3) изоляцией (7). 4. Электрическое схемное устройство по п.3, отличающееся тем, что металл для изготовления печатной платы (4) представляет собой легкий металл, имеющий плотность ниже 5 г/см 3. 5. Электрическое схемное устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что печатная плата(4) термически соединена с корпусом (1). 6. Электрическое схемное устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что вставка (5) корпуса соединена с корпусом (1). 7. Электрическое схемное устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что выполнено несколько печатных плат (4) с относящимися к ним конструктивными элементами (3), которые в целом имеют круговое и пространственное расположение относительно оси (А). 8. Электрическое схемное устройство по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что оно представляет собой электрическое сигнальное схемное устройство, преимущественно сигнальный светильник. 9. Электрическое схемное устройство по п.1 или 7, отличающееся тем, что электрический конструктивный элемент (3) представляет собой осветительное средство.