Оптичний сигнальний пристрій

1. Оптичний сигнальний пристрій, зокрема залізничний сигнальний пристрій, що містить щонайменше одне встановлене на платі світлодіодне джерело світла, електронний блок живлення і електричний навантажувальний елемент, а також корпус з матеріалу з дуже високою теплопровідністю, зокрема металевий корпус, переважно корпус із алюмінію, який відрізняється тим, що корпус своєю передньою торцевою стінкою і своїми зовнішніми стінками утворює закриту з усіх сторін порожнину, плата (3) зі щонайменше одним світлодіодним джерелом світла (2) безпосередньо теплопровідно з'єднана з монтажною поверхнею, яка знаходиться на торцевій стінці (8) всередині порожнини (7), навантажувальний елемент (9) закріплений теплопровідно на одній із віддалених від світлодіодного джерела світла монтажних поверхонь корпуса, причому між цими монтажними поверхнями простягається принаймні частина зовнішньої стінки корпуса, об'єм порожнини становить принаймні половину величини А3/2 (А в степені 3/2), причому А - площа торцевої стінки порожнини, а найбільша глибина порожнини становить принаймні половину величини А1/2 (А в степені 1/2). 2. Оптичний сигнальний пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що об'єм порожнини (7) складає в основному величину А3/2 (А в степені 3/2), а її гли 2 (19) 1 3 93674 4 10. Оптичний сигнальний пристрій за одним або кількома пп. 1-7, який відрізняється тим, що одне світлодіодне джерело (2) світла або декілька світлодіодних джерел (2') світла з своєю платою (3") закріплені теплопровідно на передній поверхні торцевої стінки (4'"), а плата виконана теплопровідною і має чорну матову абсорбуючу світло передню поверхню. 11. Оптичний сигнальний пристрій за одним або кількома пп. 1-10, який відрізняється тим, що одне світлодіодне джерело (2) світла або декілька світлодіодних джерел (2') світла з своєю платою (3'") з високою теплопровідністю герметично залиті на передній поверхні торцевої стінки (4'") корпуса за допомогою чорної матової абсорбуючої світло заливної маси. 12. Оптичний сигнальний пристрій за одним або кількома пп. 1-11, який відрізняється тим, що електричний навантажувальний елемент (9) розміщений в одній частині корпуса (1b) і притиснений за допомогою пружини (14) до опорної поверхні в іншій частині корпуса (1а). 13. Оптичний сигнальний пристрій за одним або кількома пп. 1-12, який відрізняється тим, що електричний навантажувальний елемент (9) закріплено на одній з перегородок в порожнині (7), у верхній частині бленди (8) або в іншому місці, захищеному від сонячного опромінення. 14. Оптичний сигнальний пристрій за одним або кількома пп. 1-13, який відрізняється тим, що в корпусі між корпусною частиною зі світлодіодним джерелом світла і корпусною частиною з навантажувальним елементом встановлено елемент із ізоляційного матеріалу, зокрема пресованого матеріалу, таким чином, що усувається вирівнювання температури у корпусі. Винахід стосується оптичного сигнального пристрою, зокрема залізничного сигнального пристрою, що містить принаймні одне світлодіодне джерело світла, електронний блок живлення і електронний навантажувальний елемент, розміщенні в одному корпусі. Вже давно намагаються замінити лампи розжарювання в залізничних сигнальних пристроях на світлодіодні джерела світла з метою використання їх переваги - надзвичайно довгого терміну служби. Необхідність заміни ламп з періодом від 3 до 12 місяців у звичайних сигнальних пристроях вимагає значних виробничих затрат, недоступність багатьох сигнальних пристроїв з зовнішньої сторони вимагає закриття залізничних перегонів на технічне обслуговування, заміна ламп на сигнальних опорах пов'язана із значними затратами, сфокусовані сигнальні пристрої, ймовірно, необхідно юстувати, якщо ставиться нова лампа. Для виявлення виходу з ладу ламп до сьогодні електроживлення сигнальних пристроїв здійснюють через запобіжні пристрої на централізованому посту, які налаштовані на встановлені лампи розжарювання. Таким чином, використання світлодіодів в залізничних сигнальних пристроях усуне велику кількість проблем, оскільки світлодіод за функціональним принципом повністю відрізняється від лампи розжарювання. Зокрема, необхідні також декілька або багато світлодіодів на сигнальний пристрій, внаслідок чого виникають питання експлуатаційної надійності і якості зображення при частковому виході з ладу. Менший робочий струм і необхідний електронний керуючий пристрій роблять систему сигнальних пристроїв чутливою до електричного паразитного зв'язку в часто багатокілометрових, прокладених вздовж залізничного полотна лініях енергопостачання, причиною якого є високий пульсуючий струм і поля змінного струму сучасних тиристорних локомотивів. На відміну від ламп розжарювання, на сьогодні не існує затвердженого і випробуваного стандарту для світлодіодних залізничних сигнальних при строїв. Тому залізничне керівництво не готове ні технічно, ні економічно до прив'язування своєї техніки безпеки і сигнальної техніки до певного виробника сигнальних пристроїв. Якби світлодіодний сигнальний пристрій електрично поводив себе так само, як пристрій із звичайною лампою розжарювання, то він міг би під'єднуватися до існуючого обладнання без додаткових витрат, з усіма перевагами світлодіодної техніки. Сигнальні пристрої працюватимуть вдень при повній напрузі і вночі з перемиканням на нижчу напругу. Послідовно з сигнальним пристроєм на централізованому посту під'єднано реле струму. При включеному сигнальному пристрої реле притягується струмом лампи. Якщо лампа перегорає або трапляється розрив лінії, реле відходить і видає сигнал тривоги або переключається при використанні біфілярних ламп на другу нитку розжарювання. Цей досить давній, простий запобіжний пристрій працює надзвичайно надійно. Однак є і інші пристрої контролю, які перевіряють навіть виключений сигнальний пристрій на предмет функціональної придатності шляхом пропускання незначної сили струму, який ще не викликає випромінювання світла. Лампи розжарювання мають при повній напрузі певний рівень струму, який зменшується лише незначною мірою, в той час коли напруга при експлуатації вночі зменшується приблизно на третину. При цьому реле струму працює як і раніше, випромінювання світла лампою зменшується при цьому лише приблизно на 20%, так що сигнальний пристрій вночі не сяє надто яскраво. Якщо тепер порівняти світлодіодне джерело світла з властивостями лампи розжарювання, то необхідну кількість світла часто можна забезпечити при значно меншій електричній потужності, причому при функціонуванні на повну потужність через нього проходить значно менший струм, ніж через лампу розжарювання. Для подібного зменшення світла при експлуатації вночі робочий струм теж необхідно зменшувати приблизно на 20%. При 5 такому невеликому струмі реле струму більше не притягується, однак не потребує супроводження адаптацією до невеликого струму у зв'язку з перешкодами через електричний паразитний зв'язок в мережах. І навіть досить малий контрольний струм веде уже до підвищення світловіддачі світлодіодного джерела світла. Тому просте світлодіодне джерело світла не можна використовувати в існуючих схемних пристроях, оскільки воно має зовсім інше співвідношення між напругою, струмом і потужністю освітлювального пристрою. Для того, щоб, не зважаючи на вказане вище, мати можливість використання світлодіодного джерела світла, необхідні значні зміни вольтамперної характеристики сигнального пристрою. Необхідно використовувати додатковий споживач енергії у формі електричного навантажувального елемента, здебільшого потужний омічний резистор або силовий транзистор, який керується дорогою електронікою таким чином, щоб через нього проходив додатковий потік струму між світлодіодним струмом і заданим струмом лампи розжарювання в залежності від конкретної робочої напруги. Ця електронна схема повинна при цьому мати найвищий рівень власної надійності і так само, як лампа розжарювання, у випадку виходу з ладу вести до призупинення подачі струму. Однак це не є предметом даної заявки. Отже, в сигнальному пристрої потрібне не лише місце для дорогого електронного керуючого пристрою, а й також додатковий навантажувальний елемент, який виділяє тепла значно більше, ніж кожне із світлодіодних джерел світла. Однак тепло є найбільшим ворогом світлодіодів, так само як і вузла електронного керування, передусім у випадках, коли необхідний значний термін служби і висока надійність. Таким чином, світлодіодний залізничний сигнальний пристрій буде нагріватися від щонайменше трьох джерел тепла, а саме від самого джерела світла, сонячного проміння і навантажувального елемента. Як варіант може бути також передбачений обігрів від обледеніння прозорої захисної кришки в зимових умовах експлуатації. Він однак не має значного впливу на термін служби, оскільки активується лише при низьких температурах. Навіть якщо загальне теплове навантаження буде приблизно таким як і до сьогодні, то до даного часу висока власна температура сигнального пристрою не пошкоджувала ні лампу розжарювання, ні інші використані компоненти і матеріали. Світлодіодне джерело світла потребує значно нижчої температури, в іншому випадку погіршуються робочі характеристики, зменшується світловіддача через старіння при незмінному споживанні потужності. Цей ефект зростає експоненціально при зростанні температури, зокрема у випадках, коли намагаються навіть за несприятливих умов навантаження утримувати температуру біля світлодіоду якомога нижчою. Крім того існує залежність яскравості і кольорів світлодіода від температури, особливо жовтого кольору, що само по собі було б причиною для якомога кращого охолодження світлодіоду. У зв'язку із цим необхідно заново переро 93674 6 бляти дотеперішню конструкцію залізничних сигнальних пристроїв. Одночасно потрібно змінювати оптичну систему, оскільки світлодіодні джерела світла значно більші і випромінюють світло не так, як дотепер використовувані лампи. Відоме рішення використовує круглу друковану плату з великою кількістю щільно розміщених світлодіодів, які випромінюють своє світло у осьовому напрямку. Ця плата знаходиться в циліндричному корпусі з пластмаси, захищена прозорою кришкою. В корпусі знаходиться електронний блок живлення. Ззовні на корпусі розміщений великий радіатор з прикріпленим навантажувальним елементом і з'єднаний через дріт з електронним пристроєм. Недоліком є можливе перегрівання цього сигнального пристрою, оскільки з однієї сторони світлодіодна плата може відводити світлодіодне тепло в сигнальному пристрої лише через повітря, пластмасовий корпус робить незначний внесок в охолодження внутрішньої частини пристрою і у випадку потрапляння прямих сонячних променів на фронтальну частину додатково нагрівається як сам світлодіод, так і світлодіодна плата, не пропонуючи заходів для покращення охолодження. При цьому прозора кришка своїм повітряним прошарком діє як ізоляція. Інша форма виконання має таку саму конструкцію, однак передбачає наявність відкритого алюмінієвого корпуса, для якого при необхідності передбачена прозора кришка для виходу світла. Це дає кращий відбір тепла, зокрема краще розподілення тепла навантажувального елемента, однак має лише повітряне охолодження всередині корпуса для світлодіодної плати і електронного керуючого пристрою. У третій відомій формі виконання світлодіоди розміщені в отворах плати з алюмінію. Цим досягається добре розподілення тепла над місцем розміщення світлодіодів, однак таким чином охолодження покращується лише незначним чином. Світлодіоди і елементи живлення із закріпленим радіатором прикріплені і залиті з тильної сторони, радіатор і приєднувальний кабель стирчать із заливної маси. Заливання місця розміщення позитивно впливає на найвищі температури елементів і на стійкість до атмосферних впливів, однак має незначний вплив на відведення тепла в цілому по сигнальному пристрої. Невеликі розміри і плоска конструкція, перейняті від технічних засобів регулювання вуличного руху, не дають достатнього рівня відведення тепла при необхідності інтеграції навантажувального елемента. Сонце може світити прямо на світлодіоди. Сигнальний пристрій також не можна ремонтувати, допускається лише заміна. У публікації DE 103 55 878 ВЗ описаний світловий сигнальний пристрій, який складається з кількох світлодіодних модулів, які закріплені у відповідних отворах у фронтальній частині виготовленого переважно з алюмінію корпуса і створюють або символи і алфавітні знаки, що використовуються як порядок розміщення в растрі для графічного зображення або також моделюють круглий сигнальний диск. Кожен окремий модуль має раді 7 атор, який віддає невикористане тепло світлодіода через повітря у внутрішню частину корпуса. Така конструкція досить добре розподіляє і відводить через алюмінієві стінки корпуса сонячне тепло, яке надходить з усіх сторін з променями. Але світлодіодне тепло відводиться лише опосередковано через декілька повітро-теплопередач або конвекційних шарів спочатку в досить гаряче повітря корпуса, потім в стінку корпуса і нарешті у відкрите повітря, що в цілому пропонує світлодіоду досить високу робочу температуру. Тим не менше сонячне тепло перехоплюється в модулях і не потрапляє безпосередньо на світлодіоди. У публікації WO 02/061714 А2 описаний індикаторний модуль в світлодіодній техніці для відображення повнографічних символьних, текстових і відеозображень, які можуть бути об'єднані в одне велике індикаторне табло у будь-якій кількості. Модуль принципово виконаний плоским і представляє собою плату з великою кількістю світлодіодів однакового типу, які виступають через перфоровану матричну плату і герметизовані в ній за допомогою спеціального гумового елементу з інтегрованим сонцезахисним козирком. Плата усією поверхнею через теплопровідні, але електрично ізольовані прокладки (16) прилягає до зворотної ребристої поверхні модуля. У невеликій порожнині (19) між рядами світлодіодів розміщена плата з електронним керуючим блоком. Фронтальне сонячне тепло передається через теплопровідні дистанційні елементи (23) до зворотної поверхні модуля. Боковим тепловим випромінюванням або тепловідведенням можна знехтувати, оскільки в комбінації модулі тісно межують один з одним і через незначну товщину бічна поверхня має дуже малу частку площі. Таке індикаторне табло може таким чином бути представлене як, по суті, двовимірна конструкція будь-якого розміру, а поділ на однакові модулі виконаний лише з технологічних причин. Власного навантажувального елемента немає. Його установка на модуль була б причиною утворення області підвищеної температури світлодіоду, оскільки вся зворотна сторона уже використовується як поверхня охолодження для світлодіоду. Температура світлодіода в цілому висока, оскільки поверхнею охолодження служить приблизно така ж за величиною область, якою є за розміром місце розміщення світлодіодів, відведення тепла від яких може зрости через охолоджувальні ребра, однак, як правило, необхідно додатково використовувати вентилятори, щоб не перегріти модуль. Сонце може ззаду світити прямо на охолоджуючу поверхню світлодіода, результатом чого є певне підвищення температури світлодіода. Проти цього необхідний додатковий кожух (24), який виконаний у формі корпуса і затримує також бокове проникнення сонячних променів. Ці відомі форми виконання є так званими децентралізованими конструкціями розміщення світлодіодів, при яких багато окремих світлодіодів розміщенні над поверхнею сигнального пристрою для того, щоб викликати на відстані враження рівномірно сяючої поверхні або символів і алфавітночислових знаків. З галузі сигнальних пристроїв для 93674 8 дорожнього руху відомий також ще інший принцип рішення, а саме компактне розміщення кількох світлодіодів високої потужності, яке називається центральним розміщенням світлодіодів. Світло цих світлодіодів фокусується за допомогою спільної конденсорної оптики. Таке концентроване розміщення світлодіодів принципово являє собою (значно збільшену) модель спіралі розжарювання, на яку має бути налаштована оптика сигнального пристрою і яка вимагає у кожному конкретному випадку високотехнічних тепловідвідних заходів, які, однак, уже інтегровані в ці світлодіоди, так що відведення тепла є кращим, ніж при використанні переважної більшості стандартних щільно зв'язаних 5 мм світлодіодів. За допомогою такої централізованої конструкції можна досягнути найбільшої сфокусованості та інтенсивності світла, що є особливо необхідним для високих швидкостей руху. Ще однією перевагою при відповідному оптичному розміщенні є неможливість візуального розпізнавання світлодіодів, що вийшли з ладу, таким чином забезпечується безпроблемність подальшої експлуатації на протязі ще багатьох років. Зрештою, таке розміщення дозволяє покращити ефективність заходів проти так званого фантомного світла, симуляцію включеного сигнального пристрою, причиною чого є відбиття падаючого сонячного світла. Оскільки в цілому є набагато менше елементів, легше забезпечити надійність і очікувати вищу безаварійність і більший термін служби. Утруднюючою обставиною є, однак, те, що конденсорна оптика у зворотному напрямку фокусує падаюче на фронтальну частину сонячне світло на невелику поверхню або у сфокусовану точку, яка знаходиться в безпосередній близькості від світлодіоду високої потужності і може досягати дуже високих температур. Цій обставині необхідно конструктивно приділяти увагу. Крім того, є велика кількість сигнальних пристроїв, в основному варіантів з сфери дорожнього руху з відкритими з одного боку, горшкоподібними корпусами здебільшого з пластмас. За відсутності навантажувального елемента вони не сумісні із залізничними сигнальними пристроями на лампах розжарювання і керуються як світлодіодні сигнальні пристрої для дорожнього руху, що є достатнім для трамваїв, міських залізничних доріг і метро, однак не підходить для експлуатації і технічно несумісні із залізничними магістралями. Існуючі залізничні сигнальні пристрої на лампах розжарювання мають різні величини, кольори, розподіл світла, напругу мережі живлення і варіанти закріплення. Але усім разом їм притаманні лампа розжарювання і контрольний пристрій на централізованому посту. Тому пропонується розробити модульну систему, яка може бути з мінімальними витратами узгоджена з усіма вимогами. Задачею винаходу є розробка функціонуючого на базі світлодіодів сигнального пристрою з електричним навантажувальним елементом, який є сумісним з приладом керування або електроживлення, розрахованим на сигнальні пристрої, базовані на використанні ламп розжарювання. При цьому необхідно максималізувати термін служби світло 9 діодів і розробити сигнальний пристрій у вигляді модульної системи, що може бути адаптована для всіх суттєвих розмірів сигнальних пристроїв. Мета даного винаходу полягає у вирішенні виявлених на даному етапі розвитку техніки проблем і розробці оптичного сигнального пристрою, в якому тепло, продуковане світлодіодами і навантажувальними елементами, ефективно відводиться або рівномірно розподіляється і відводиться з метою запобігання різкому зростанню температури світлодіодів і таким чином значного продовження їх терміну служби. Так само і тепло, яке переносить сонячне проміння, не повинно бути причиною різкого зростання температури в світлодіодах. Але одночасно з цим маса і розміри, які вимагаються від оптичного сигнального пристрою, не повинні перевищувати відповідні параметри сигнальних пристроїв, відомих із рівня техніки. Згідно з винаходом ці цілі вирішені за допомогою оптичного сигнального пристрою названого попередньо виду, в якому корпус складається з матеріалу дуже великої теплопровідності, здебільшого з сплаву алюмінію і утворює своєю передньою торцевою стінкою і своїми зовнішніми стінками закриту з усіх сторін порожнину для електронного блоку живлення, а плата світлодіодного джерела світла безпосередньо теплопровідно з'єднана з монтажною поверхнею, що знаходиться на торцевій стінці корпуса або при необхідності на одній із паралельних із нею перегородках всередині порожнини, навантажувальний елемент теплопровідно закріплений на одній із віддалених на певну відстань монтажних поверхонь корпуса, причому між цими монтажними поверхнями є принаймні частина зовнішньої стінки корпуса, а порожнина має приблизно однакові розміри в усіх напрямках. Ці заходи сприяють швидкому відведенню і рівномірному розподіленню тепла, продукованого як світлодіодом, так і навантажувальним елементом, на корпус, зокрема на ту частину корпуса, яка оточує порожнину. Так само відбувається негайне рівномірне розподілення випроміненої сонцем теплової енергії незалежно від положення сонця в кожний конкретний момент, так що зокрема на світлодіоді не можуть виникати локальні підвищення температури. Світлодіодне джерело світла і навантажувальний елемент можуть бути розміщені безпосередньо прилягаючи до стінок корпуса, що забезпечить теплопровідне з'єднання через прямий контакт. Однак кращим варіантом є розміщення світлодіодного джерела світла на перегородці корпуса; торцева стінка утворює захисний екран у формі бленди, яка має лише необхідні отвори невеликого розміру для виходу світла. Завдяки цьому сонце не може світити прямо на світлодіод або світлодіодну плату. Навантажувальний елемент теж може бути прикріплений до перегородки. Така конструкція сприяє розподілу тепла ще перед потраплянням в порожнину корпуса, а також запобігає безпосередньому опроміненню сонцем, чим зменшуються максимальні значення температури. Крім того, перегородки прискорюють вирівнювання температури в сигнальному пристрої. 93674 10 В одному із варіантів винаходу в порожнині передбачені додаткові теплопровідні з'єднання, наприклад, у формі ребер або розпірок між протилежними або суміжними стінками корпуса. Цим досягається додаткове зростання передачі тепла з однієї поверхні корпусної частини, що оточує порожнину, на протилежні або сусідні поверхні. Зазначену вище теплопровідність матеріалу корпуса щонайменше 120 Ват / (метр х Кельвін) можна практично забезпечити при використанні металевих корпусів, зокрема із сплавів алюмінію. Реальна теплопровідність залежить від довжини шляху тепла, поперечного розрізу матеріалу і різниці температур і може піддаватися впливу в рамках відомих конструктивних і економічних граничних умов. В найкращому випадку коефіцієнт теплопровідності має складати щонайменше 150, а де можливо 200 Вт м-1 К-1. Чистий алюмініймає, наприклад, коефіцієнт теплопровідності приблизно 237 Вт м-1 К-1, мідь майже 401 Вт м-1 К-1. У випадку центрального світлодіодного джерела світла високий коефіцієнт теплопровідності не тільки корисний для розподілу тепла по корпусі, а він також значно знижує максимальну температуру при потраплянні дуже концентрованого тепла у безпосередню близькість від світлодіодного джерела світла, що було б зовсім неможливим за допомогою лише більшої товщини стінки. Відповідний винаходу оптичний сигнальний пристрій за своєю масою подібний до звичайних сигнальних пристроїв, так само розміри, які вимагаються від сигнального пристрою, не повинні бути перевищенні значною мірою. Якщо прийняти до уваги необхідний вільний простір у звичайних сигнальних пристроях для відкриття кришки при заміні лампи розжарювання, то необхідні розміри світлодіодного сигнального пристрою будуть значно меншими, так що у будь-якому випадку досягається сумісність розмірів. Під виразом „закрита з усіх сторін порожнина" мається на увазі, що порожнина обмежена з усіх сторін в основному суцільними стінками корпуса. Однак вони можуть мати невеликі отвори для виходу світла і підведення шин живлення або ліній керування, так само в стінках корпуса можуть бути передбачені невеликі отвори або тонкі пази для забезпечення циркуляції повітря, відведення вологи і вирівнювання тиску. У будь-якому випадку внутрішня частина сигнального пристрою герметизована в рамках звичайних категорій захисту, зокрема світлові отвори в перегородці можуть бути ущільнені за допомогою прозорої кришки, а місце підведення кабелю за допомогою гвинтового з'єднання або втулок. Допускається також, щоб порожнина була утворена лише в одній частині корпуса, а інша корпусна частина служила для розміщення в ній між джерелом світла і прозорою захисною кришкою певної оптичної системи або для створення необхідної відстані між джерелом світла і прозорою кришкою. Суть винаходу полягає в тому, що тепло кожного джерела тепла може поширюватися по можливості в усі напрямки безпосередньо до іншої точки корпуса без обхідних шляхів. Крім того, уни 11 кається накладення температур, завдяки чому зменшуються екстремальні значення розподілу температури зокрема біля світлодіодного джерела світла. Теплове випромінювання сонця лежить значною мірою в діапазоні теплової потужності використовуваних до сьогодні ламп розжарювання, або світлодіода і навантажувального елемента разом. Інсоляція може в принципі відбуватися з усіх напрямків півсфери, її величина відповідає контурній площі сигнального пристрою для кожного конкретного положення сонця, так званій площі проекції. Під час експлуатації сигнальний пристрій забруднюється, тому з метою безпеки необхідно враховувати повне поглинання енергії, незалежно від виконання зовнішньої поверхні. Затінення сигнального пристрою було б можливим виходом, але воно пов'язане з додатковими витратами на противагу теперішній ситуації, однак з точки зору техніки безпеки є дуже сумнівним, оскільки необхідно було б гарантувати наявність постійного затінення. Це також може обмежити охолодження при природній конвекції. Тому сигнальний пристрій повинен мати змогу сам справлятися з усіма режимами роботи. Сонячне тепло потрапляє з променями одного разу на тильну частину корпуса, іншого з фронтальної сторони в сигнальний пристрій. Поверхня, на яку промені потрапляють завжди, має бути теплопровідно зв'язана із зовнішніми поверхнями і бути теплостійкою. Відведення енергії здійснюється лише шляхом конвекції через зовнішні поверхні сигнального пристрою. Її дія може збільшуватися, зокрема, за рахунок збільшення площі поверхні, наприклад, шляхом утворення ребер. При цьому обов'язково постає потреба у збільшенні конструктивної глибини. Дуже плоска конструкція з теплоізоляційною прозорою захисною кришкою має для відведення тепла приблизно таку ж площу, як і сам світлодіодний модуль або вихідний отвір для світла. Якщо ж корпус має майже кубічну форму, тоді для відведення тепла буде в п'ять разів більша поверхня, при такому ж навантаженні сонячним опроміненням, оскільки більша площа проекції залишається незмінною. Тому зрозуміло, що плоска конструкція періодично зумовлює значно вищу робочу температуру світлодіоду і таким чином має коротший термін служби. Ідеальним був би варіант, коли сигнальний пристрій має форму порожнистої кулі. Сонце постійно освітлює половину сигнального пристрою, незалежно від свого положення, інша половина перебуває в тіні. Тепло повинне розподілятися у всіх напрямках за допомогою дуже ефективної теплопровідності на затінену сторону для утримання в сигнальному пристрої в цілому рівнозначного низького рівня температури. Тоді однаково, в якому положенні в конкретний момент знаходиться сонце, і в якому місці тепло світлодіодного джерела світла або навантажувального елемента буде передаватися у зовнішню стінку корпуса, оскільки площа проекції кулеподібного сигнального пристрою однакова з усіх напрямків, а шляхи проходу тепла мають однакову довжину. Відхідне 93674 12 тепло навантажувального елемента не повинне протікати при цьому через світлодіодне джерело світла, оскільки це призведе до додаткового зростання його температури. Так само не можна допускати прямого освітлення сонцем світлодіодного джерела світла, оскільки накладається його теплове випромінювання. Якщо цей ідеальний варіант перемістити в реальний сигнальний пристрій, то необхідно перекласти балансуючі властивості порожнистої кулі на корпус іншої форми. Зрозуміло, що корпус з високою теплопровідністю із закритою з усіх сторін порожниною має значну подібність, тоді як відкритий з однієї сторони корпус цього не має, зокрема через те, що теплова компенсація незначна і проходить несиметрично і тому панують температури з великим діапазоном коливання в залежності від положення сонця і це також приводить до появи високих екстремальних значень у світлодіодному джерелі світла. Звичайно, можна компенсувати негативні впливи форми змінами товщини стінок корпуса, наскільки це допустимо при неперевищенні виробничо-технічних меж і ліміту витрат. У переважній формі виконання об'єм порожнини становить принаймні половину величини А3/2 (А в степені 3/2), де А - площа торцевої стінки порожнини, а найбільша глибина порожнини становить принаймні половину величини А1/2 (А в степені 1/2). Це, наприклад, виконується для прямокутного паралелепіпеду, чия торцева стінка є квадратом і чия глибина є половиною довжини сторони квадрата або півсфера. Кращий розподіл тепла має кожен варіант, в якому об'єм порожнини в основному відповідає величині А3/2, а найбільша глибина порожнини в основному має величину А1/2. Це має місце у випадку з кубом. У особливо переважній формі виконання відношення найбільших і найменших лінійних розмірів порожнини становить менше, ніж 2:1, переважно менше, ніж 1,5:1. Під цим маються на увазі лінійні розміри порожнини, такі як глибина, ширина, висота, діаметр і т.д. Кути і кромки порожнини для цього при необхідності заокруглюють або скошують. Така форма забезпечує швидше і таким чином ефективніше розподілення по корпусу тепла сонячного проміння, джерела світла і навантажувального елемента. В іншій формі виконання відношення між найбільшою і найменшою площею проекції всього корпуса є меншою, ніж 2:1. В цьому критерії враховуються також виступи, охолоджувальні ребра і подібні елементи, які не відносяться до частин корпуса, які утворюють порожнину. В особливо переважній формі виконання площа проекції всього корпуса в цілому однакова у всіх напрямках. Теплове опромінення сонця в такому випадку має однаковий вплив з усіх напрямків, результатом чого є незалежне від положення сонця, рівномірне нагрівання корпуса з найменшими перепадами температур або екстремальних значень. Реально досяжна теплопровідність також менша за бажану, що призводить до виникнення в 13 освітлених місцях вищих, а у віддалених місцях нижчих значень температур. При цьому однак залишається суттєвим, де відвідне тепло світлодіодного джерела світла або навантажувального елемента виводиться у зовнішню стінку корпуса. Попередній ідеальний варіант представлення наведений лише для того, щоб доповнити підхід, який посилається на менш ідеальну теплопровідність. При цьому джерелу енергії ставлять у відповідність з площею безпосередньо розміщеної суміжної частини зовнішньої стінки як поверхні охолодження. Співвідношення між тепловими потужностями джерел тепла має відповідати співвідношенню між поєднуваними з ними охолоджувальними поверхнями. Тому джерела тепла не можна зосереджувати в одному місці корпуса, а розподіляти по всьому корпусі. Принаймні одне джерело тепла має бути розміщене в середній частині корпуса, так щоб одна корпусна частина завжди була охолоджувальною поверхнею для світлодіодного джерела світла, а інша - для навантажувального елемента. Не зважаючи на корпус з алюмінію з доброю теплопровідністю з'єднання з джерелами тепла, неочікувано виявилося, що можна за допомогою вмілої компоновки досягнути відсутності прямого потоку тепла від навантажувального елемента до світлодіодного джерела світла і утримувати на низькому рівні максимальну температуру світлодіодного джерела світла. Якщо ж захистити світлодіодне джерело світла за допомогою теплової ізоляції від впливу з боку інших джерел тепла, то за певних умов експлуатації виникає максимальна температура, наприклад, через несприятливе сонячне тепло, яка не зможе передаватися в іншу, за цих умов холоднішу частину корпуса. Цей досвід можна, зокрема, перевірити за допомогою моделювання. Однак в залежності від розмірів сигнального пристрою, величини теплового навантаження та співвідношення між ними виникають відмінності в оптимальному конструктивному виконанні. Далі винахід буде детальніше пояснений за допомогою креслень поперечних перерізів. На них зображено: фіг. 1а Відповідний винаходу оптичний сигнальний пристрій з світлодіодним джерелом світла на перегородці, Фіг. 1b Варіант фіг. 1а, Фіг. 2 - Відповідний винаходу оптичний сигнальний пристрій з кількома світлодіодними джерелами світла з децентралізованим розміщенням, і Фіг. 3а і 3b Варіанти фіг.2. На фіг. 1а відображений відповідний винаходу оптичний сигнальний пристрій, який складається з передньої корпусної частини 1а, задньої корпусної частини 1b і кришки 1с, а також прозорої захисної кришки 5. Вона фокусує випромінюване світлодіодним джерелом 2 світло і розподіляє його відповідно до форми виконання у певному кутовому діапазоні. Корпусні частини 1а, 1b і 1с ззовні мають охолоджувальні ребра 15 і поєднані одне з одним з доброю теплопровідністю. Матеріал корпуса складається переважно з легкого сплаву з теплопровідністю принаймні 120 Вт м-1 К-1, зокрема з алюмінієвого сплаву. Основа задньої корпусної 93674 14 частини 1b утворює перегородку 4, яка використовується як монтажна поверхня для плати 3 світлодідного джерела 2 світла, основа передньої корпусної частини 1а є торцевою стіною порожнини 7 і в якості бленди 8 має невеликий отвір 13 для пропускання світла та виконана переважно в світлопоглинаючому чорному матовому кольорі. Простір між блендою і перегородкою належить до порожнини 7. Кришка 1с, задня корпусна частина 1b і бленда 8 передньої корпусної частини 1а оточують порожнину 7, всередині якої розміщений електронний блок живлення 6 для світлодіода. Шини живлення або лінії керування 11 виходять через отвір 10 в стінці корпуса. Плата 3 світлодіодного джерела 2 світла має керамічну або металеву основу з високою теплопровідністю і прикріплена з доброю теплопровідністю в центральній частині монтажної поверхні перегородки 4. Передня корпусна частина 1а простягається до необхідного діаметра сигнального пристрою, позиціонує прозору захисну кришку 5 на відповідній відстані від джерела 2 світла і має кріпильний засіб 12 для сигнального пристрою. Фокус F прозорої захисної кришки 5 має фокус розміщений у світлодіодному джерелі 2 світла, завдяки чому корисне світло N фокусується практично паралельно до осі сигнального пристрою. Падаючі сонячні промені S утворюють на бленді 8 сфокусовану точку В нижче світлодіодного джерела 2 світла відповідно до кута положення сонця над горизонтом і не можуть падати на світлодіодне джерело 2 світла. До бленди 8 прилягає необхідний для експлуатації світлодіода електричний навантажувальний елемент 9, чиє відхідне тепло виводиться в корпус тим самим шляхом, розміщений переважно у верхньому положенні, недосяжному для променів світла. Навантажувальний елемент може бути також розміщений у будь-якому іншому місці в передній частині корпуса, приблизно між блендою 8 і контактним диском 5 оптичного сигнального пристрою. Навіть якщо в представленому прикладі виконання немає геометричної схожості з пустотілою кулею, однак принцип функціонування порожнини 7 дуже подібний. Проникаюча біля контактного диску 5 сонячна енергія падає концентровано на бленду 8, де вона може передаватися у будьякому напрямку. При цьому потік тепла в цілому такий самий, як потік тепла в порожнистій кулі. Якщо сонце світить на решту корпуса, тепло відводиться так само в усіх напрямках, воно падає не тільки менш концентровано, а й розподіляється. Зовнішня поверхня передньої корпусної частини 1а не належить до елементів утворення порожнини, як і кріпильний засіб 12. Абсорбоване тут сонячне тепло діє з одного боку як додаткове джерело тепла, яке з'єднане теплопровідно з корпусною частиною, що оточує порожнину 7. Одночасно ця додаткова поверхня діє також як додаткова охолоджувальна поверхня. В той час як зовнішні стінки порожнини повинні відводити як тепло від світлодіодів і навантажувального елемента, так і сонячне тепло, додаткова зовнішня поверхня корпусної частини 1а відводить лише падаюче на них сонячне тепло, що разом дає покращений охоло 15 джуючий ефект. Для цього конструктивно необхідні продовження корпуса, які не є складовою частиною контурів порожнини, діють як додаткові елементи охолодження, але не як додаткове джерело тепла сонячному опроміненні. В цьому відношенні важливо, щоб корпусна частина 1а була виконана різного розміру для припасування до різних діаметрів сигнальних пристроїв, причому кожен розмір має відповідати умовам теплопередачі. Якщо умовно розділити корпус між світлодіодним джерелом 2 світла і блендою 8, тоді відвідне тепло світлодіодного джерела світла відводиться через частину корпуса 1b довкола порожнини 7, відвідне тепло навантажувального елемента 9 або викликане сонячним опроміненням в передній частині тепло відводиться через передню частину корпуса 1а. При відповідних співвідношеннях поверхонь відповідно до теплового навантаження і цим самим однакової температури обидві корпусні частини 1а і 1b з'єднані без можливості проходження тепла через місце з'єднання. Цим самим тепло не буде також потрапляти від навантажувального елемента 9 до світлодіодного джерела 2 світла. Корпус виконано для забезпечення доступу до порожнини 7 роздільним. Якщо сонце світить на корпус або в сигнальний пристрій через бленду, то сигнальний пристрій завдяки дуже доброму розподілу тепла нагрівається в цілому і загальний рівень температури зростає. При гіршій теплопровідності світлодіодне джерело 2 світла буде піддаватися значно більшому тепловому навантаженню, якщо сонце буде світити на прилеглі зовнішні поверхні корпусних частин 1b+1с. Тому особливе значення має добре теплове з'єднання частин корпуса, зокрема через плоске прилягання частин і використання стандартних контактних засобів, як наприклад, теплопровідної замазки і/або теплопровідного клею для компенсації одностороннього теплового навантаження і зменшення таким чином максимальної температури світлодіодного джерела світла. Зокрема, доцільно розділяти корпус сигнального пристрою таким чином, щоб не тільки припасування до різних розмірів сигнальних пристроїв було пов'язане з незначними витратами. В даному випадку необхідно припасовувати лише передню частину корпуса і прозору захисну кришку. Задня корпусна частина 1b+1с також містить всі необхідні для роботи елементи, такі як джерело 2 світла, навантажувальний елемент 9 і електронний блок живлення 6, а також в переважній більшості випадків штекер для під'єднання. Таким чином простим є не тільки припасування розмірів, на місці можна також просто усунути неполадку шляхом заміни задньої корпусної частини 1b+1с без демонтажу всього сигнального пристрою і втрати його точного спрямування. Щоб не роз'єднувати внутрішніх кабельних з'єднань, навантажувальний елемент і можливо наявний засіб підігріву сигнального пристрою в основному розміщені в місці приєднання задньої корпусної частини і притиснені за допомогою пружини 14 до бленди 8, де тепло може потрапляти безпосередньо у передню частину корпуса. 93674 16 У фіг. 1b відображений відповідний винаходу сигнальний пристрій фіг. 1а. На відміну від першого прикладу навантажувальний елемент 9 знаходиться всередині порожнини 7 на задній, виконаній у вигляді кришки 1с, стінці корпуса. Передня корпусна частина 1а відводить тепер тепло світлодіодного джерела 2 світла наперед, задня корпусна частина 1b+1с відводить перш за все відвідне тепло навантажувального елемента 9. Таким чином встановлена зворотна відповідність між охолоджувальними поверхнями і джерелами тепла. Яка з обох форм виконання є вигіднішою з точки зору теплового режиму, залежить від співвідношення між тепловими потужностями світлодіодного джерела 2 світла і навантажувального елемента 9, а також від розміру сигнального пристрою, геометрії, товщини стінок і виконання поверхні корпуса і може бути визначена перед усім за допомогою моделювання, або експериментальним шляхом. У фіг.2 відображена форма виконання, при якій декілька світлодіодних джерел 2' світла розміщені одне біля одного, плати 3' яких прикріплені до перегородки 4' задньої корпусної частини 1b', завдяки чому відбувається ефективне відведення тепла в частину корпуса 1с' з такою ж високою теплопровідністю і далі через охолоджувальні ребра у навколишнє середовище. Перед світлодіодним джерелом 2' світла розміщена бленда 8' як компонент передньої корпусної частини 1а' із отворами 13' для корисного світла N кожного з рівномірно розподілених світлодіодів, яка з одного боку виконана у чорному матовому кольорі через явища фантомного світла, а з іншого боку відводить абсорбоване тепло сонячних променів S завдяки добрій теплопровідності так само в частину корпуса 1b'. Корпус теж охоплює порожнину 7 з блоком 6 електронного керування живлення. На протилежній від світлодіода стінці корпуса розміщено електричний навантажувальний елемент 9. Може бути встановлена прозора захисна кришка 5', яка світло світлодіодного джерела 2 світла відповідно до обставин фокусує, розсіює, спрямовує у певному кутовому діапазоні і т.д., якщо не можна обійтися безпосереднім випромінюванням світла світлодіодом, а також захищає світлодіоди від пошкодження і непогоди. Оскільки джерела тепла, тобто світлодіоди 2' і навантажувальний елемент 9 розміщені на протилежних сторонах частин корпуса 1b+1с, адекватні частини поверхні у кожному конкретному випадку можуть бути виконані відповідно до співвідношення теплових потужностей джерел тепла без впливу геометрії. Найбільша можлива дистанція між світлодіодними джерелами 2' світла і навантажувальним елементом 9 представляє найкращий варіант розміщення з найменшим взаємним тепловим впливом. Якщо для перегородки 4' при включених світлодіодних джерелах 2' світла буде така ж або вища температура ніж для бленди 8' при максимальному сонячному опроміненні ззовні, то ці два елементи можна конструктивно об'єднати, збільшивши товщину стінки бленди 8' до товщини стін 17 ки перегородки 4' без погіршення температури світлодіоду. Товща бленда 8" може краще відводити не тільки абсорбоване сонячне тепло при виключеному сигнальному пристрої, а й також тепло світлодіодів без сонячного опромінення спереду, таким чином в пристрої в цілому спостерігається спад температури при однакових витратах матеріалів. У фіг. 3а відображений цей приклад виконання винаходу. Світлодіодна плата 3" з внутрішньої сторони закріплена теплопровідно, але електрично ізольовано до товщої бленди 8". Така можливість може використовуватися, зокрема, при децентралізованому розміщенні джерел світла, де як сонячне тепло спереду, так і тепло світлодіодів надходить через поверхню сигнального пристрою рівномірно розподілено. При такій конструкції можна заощадити одну частину. Якщо не потрібна прозора захисна кришка, оскільки світлодіоди, наприклад, залиті, тоді бленда 8" діє як охолоджувальна поверхня і таким чином зменшує температуру. Для припасування до різних діаметрів сигнальних пристроїв необхідні в кожному випадку корпусна частина 1b" з світлодіодною платою 3" і корпусна частина 1с", можливо також захисна кришка 5'. Одначе можна також, як на фіг. 3b, вилучити бленду 8' і потовщити попередню перегородку до закриваючої порожнину 7 торцевої стінки 4'". У цьому випадку необхідна чорна матова плата 3'" з доброю теплопровідністю, оскільки сонячне тепло, яке потрапляє спереду і абсорбується, повинне відводитися через плату 3'" до торцевої стінки 4'". Захисна кришка 5' захищає плату від впливу непогоди; як альтернатива, світлодіоди 2" можуть бути залиті разом з платою 3'" до передньої корпусної частини 1b"'. Таке виконання краще припасовується до різних діаметрів сигнального пристрою. Для кожного діаметру сигнального пристрою необхідні передня корлусна частина 1b'" з світлодіодною платою 3'", а також можливо наявна захисна кришка 5'. У кожному випадку світлодіоди на фігурах 2, 3а і 3b перебувають під навантаженням прямого сонячного опромінення. Далі представлені інші варіанти виконання: Якщо задаються інші умови експлуатації при використанні сигнального пристрою, то до цього необхідні параметри можна змінити для досягнення додаткової спаду температури світлодіоду. Зокрема, сигнальні пристрої можуть бути вбудовані у великі корпусні ящики, через що сонце не може світити на сигнальні пристрої, а лише спереду потрапляти в сигнальні пристрої. В сигнальному пристрої за фіг. 1а джерела тепла сконцентровані у передній частині корпуса і лише світлодіодне джерело світла нагріває задню частину корпуса. У цьому випадку може бути передбачена теплова ізоляція між задньою корпусною частиною 1b+1с і передньою корпусною частиною 1а. наприклад, у формі пресованого матеріалу, який запобігає пот 93674 18 раплянню сонячного тепла спереду і відвідного тепла навантажувального елемента до світлодіодного джерела 2 світла. Це робить можливим зниження температури світлодіодного джерела світла за рахунок передньої половини корпуса, оскільки задня корпусна частина 1b+1с при будь-яких умовах експлуатації повинна відводити лише світлодіодне відвідне тепло. Є також випадки використання, при яких потрапляння світла спереду може бути виключеним або самим місцем розміщення або через використання великих сонцезахисних козирків, які повністю затримують потрапляння сонячного світла спереду. В таких випадках можливе зниження температури світлодіодного джерела світла через теплову ізоляцію від навантажувального елемента, причому корпус розділений таким чином, що половина з навантажувальним елементом буде значно теплішою за половину з світлодіодним джерелом світла. Ізоляція може бути виконана просто за допомогою пресованого матеріалу достатньої товщини або окремої пластмасової частини. Для цього пропонуються конструктивні форми за фіг. 1b, 2, 3а і 3b, в яких світлодіодні джерела світла 2, 2' нагрівають передню половину корпуса, а навантажувальний елемент 9 задню половину. Всім цим формам виконання притаманна спільна, відповідна винаходу ознака закритої з усіх сторін порожнини за допомогою матеріалу, чия теплопровідність складає принаймні 120 Вт м-1 К-1. Через нього тепло від теплопровідно з'єднаних з корпусом світлодіодних джерел світла і навантажувального елемента буде швидко і рівномірно розподілятися і виводитися в навколишнє середовище. Оскільки кожне джерело тепла межує із зовнішньою стіною корпуса відповідної величини, а світлодіод і навантажувальний елемент розділяє принаймні частина зовнішньої стіни корпуса, то забезпечується відсутність потоку тепла від навантажувального елемента до світлодіодного джерела світла. Позиційні позначення 1а - передня корпусна частина 1b, 1 с - задня корпусна частина 2 - світлодіодне джерело світла 3 - плата 4 - перегородка 5 - захисна кришка 6 - електронний блок живлення 7 - порожнина 8 - бленда 9 - навантажувальний елемент 10 - отвір 11 - шини живлення або лінії керування 12 - кріпильний засіб 13 - отвір 14 - пружина 15 - охолоджувальне ребро 19 Комп’ютерна верстка В. Мацело 93674 Підписне 20 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601