电气电路装置,尤其是信号灯.pdf

本发明的主题是一种电气电路装置，尤其是电气的信号电路装置，最好是信号灯，其具有至少一个设置在导体板(4)上的电气组件(3)，尤其是发光装置(3)。根据本发明，所述导体板(4)由导热材料制成。

1.  一种应用在有爆炸危险的区域内的电气电路装置，尤其是电气的信号电路装置，最好是信号灯，其具有至少一个设置在导体板(4)上的电气组件(3)，尤其是发光装置(3)，其中所述导体板(4)由导热材料制成，其特征在于，
-所述导体板(4)由一个同样由导热材料制成的外壳内部构件(5)所支撑，其中
-这个外壳内部构件(5)基本上被构造成两部分，即一个内部构件支脚(5a)和一个支撑所述导体板(4)的内部构件头部(5b)，并且其中
-为了改善散热效果，所述内部构件头部(5b)被设计成中空体，所述内部构件支脚(5a)接合到这个中空体中以使其固定。

2.  根据权利要求1所述的电气电路装置，其特征在于，所述导体板(4)的导热率超过20W/(m·K)，优选的是超过100W/(m·K)，特别优选的是超过200W/(m·K)。

3.  根据权利要求1或2所述的电气电路装置，其特征在于，所述导体板(4)由金属制成，在发光装置一侧敷设有绝缘层(7)。

4.  根据权利要求3所述的电气电路装置，其特征在于，用于制造所述导体板(4)的金属是密度在5g/cm³以下的轻金属。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的电气电路装置，其特征在于，所述导体板(4)与壳体(1)热连接。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的电气电路装置，其特征在于，所述壳体内部构件(5)与所述壳体(1)相连接。

7.  根据权利要求1至6中任一项所述的电气电路装置，其特征在于，实现多个具有相应组件(3)的导体板(4)，其具有相对于一个轴(A)整体上呈圆形的空间排列。

电气电路装置，尤其是信号灯
技术领域
本发明涉及一种应用在有爆炸危险的区域内的电气电路装置，尤其是电气的信号电路装置，最好是信号灯，其具有至少一个设置在导体板上的电气组件，尤其是发光装置，其中所述导体板由导热材料制成。其中所述发光装置最好是LED。
背景技术
信号灯通常被用来产生一个或多个光信号，这些光信号用于在某些危险、紧急事件等情况下给出警示。例如在机器故障时采用了用于通知和告警的信号灯。信号灯同样也能很好地用于指示紧急通道或者用于显示平面广告。
在如DE10239347A1中所描述的信号灯中采用了信号柱，其特点是具有圆柱形状的导体板，在其上设置有各个可控的发光元件。所述导体板是带有柔韧性的薄膜，在它的外侧可覆盖有透明材料。
但是在把发光装置整体装入到信号灯的壳体中时，在特定应用的情况下可能会产生散热的问题。对于在有爆炸危险的区域内使用的信号灯，即所谓的防爆保护信号灯，尤其是这样。由于这种类型的灯往往设置有壳体的耐压封装保护，因而发光装置在壳体内产生的损耗热量的散热成为一个问题。
对于信号灯的整个壳体来说这当然是普遍适用的，因为发光装置所发出的大部分高光强总是会导致损耗热量升高。这种损耗热量会使得壳体内部(不管它是否被耐压地封装)的温度相对于外界温度升高。
由于壳体温度的升高，在有爆炸危险的区域内使用信号灯或者整个电气电路装置时可能会出现问题。因为可能存在壳体的局部区域受到的加热比其它区域高得多的风险。在防爆保护场合下采用信号灯时，在设备表面上的这种被称为“热点”的效应是不希望出现的。
这种热的表面区域或“热点”对于有爆炸危险的区域内的环境气体来说可能成为点火源。这不仅适用于特定的气体混合物或者出现易燃气体的情况，而且也适用于例如在处理粉末时的可燃粉尘。在这种情况下需要考虑的是：在相应热源和表面之间给定的距离越小，则由于热辐射和对流所产生的局部加热就越高。也就是说，在热源与表面之间的距离很小的情况下，可能会出现所谓的“热点”，并且可能会出现表面的散热不充分。
另外，由于壳体温度相对于外界温度升高还会导致其它不能忍受的情况，尤其是在空气湿度很高的情况下是很不利的，即湿气最终会渗入到壳体中来，或者凝结成更多的水汽。在信号灯不再工作时往往会出现这种情况。在信号灯和外界环境之间总是会产生在某一部分很显著的温差，并由此导致压差，这可能会引起所描述的负面作用。
在根据GB2438467A的现有技术中，各导体板具有位于其上的发光装置，各LED被设置在一个冷却块上。从而得到一种能够向外散热的构造，但它的可应用性是十分有限的。本发明在这里在整体上对其进行改进。
本发明要解决的技术问题在于，开发出一种开始处所述结构类型的电气电路装置，最好是信号灯，使得信号灯或相应壳体与外界环境之间的温差及由此带来的压差尽可能的小，其中还应当避免“热点”的出现。
为了解决所提出的这一技术问题，提供了一种用于在有爆炸危险的区域内使用的符合目的的电气电路装置，尤其是信号灯，导体板由一个同样由导热材料制成的外壳内部构件所支撑，其中这个外壳内部构件基本上被构造成两部分，即一个内部构件支脚和一个支撑所述导体板的内部构件头部，并且其中为了改善散热效果，所述内部构件头部被设计成中空体，所述内部构件支脚接合到这个中空体中以使其固定。
其中在本发明范围内，具有(良好)导热性的材料通常是指(很高的)导热率超过20W/(m·K)的材料。尤其是所采用的主要材料的导热率甚至超过100W/(m·K)，最好是采用具有超过200W/(m·K)的导热率的材料。这种导热率数值往往由良好的热导体才能实现，在大多数情况下通过金属来实现。其中本发明建议最好采用轻金属，即密度在5g/cm³以下的金属。
在这种情况下，导体板的制造材料尤其是适合采用诸如铝或者铝合金的金属。理论上也可以采用铜或诸如黄铜的合金，但是它们已经不再是上面所述意义上的轻金属，其仅作为一种可能的选择。
为了使发光装置及其触点与由金属材料制成的导体板绝缘，所涉及的金属导体板在发光装置一侧敷设有绝缘层。此外，还可以在导体板上敷设铜糊料，其在导体板上形成用于发光装置的必要的电接触和连接，并为在导体板上安装发光装置所需的(自动)焊接过程提供先决条件。实际上所述发光装置最好是发光二极管(LED)，并且尤其是采用SMD技术(SMD＝表面安装设备)的发光二极管，即SMD-LED。
也就是说，所涉及的发光二极管被设置在导体板的表面上，并在这里形成接触，而且例如没有导电管脚穿过所述导体板。其中所敷设的铜糊料用来实现发光装置的接触及其控制。同样，在导体板的上侧所具有的绝缘层具有必要的电阻。
其中，该结构通常被设计为使得由金属或者铝制成的导体板在发光装置一侧首先承载所述绝缘层或隔离层以及已经敷设在其上的铜糊料，然后在其一侧承载安装在表面上的发光装置。导体板在其朝向发光装置的一侧或表面上具有优点地与一个壳体内部构件相连接，或者由这个壳体内部构件所支撑。
通过这个同样由导热材料制成的壳体内部构件，保证了在借助发光装置产生光时可能出现的损耗热量直接通过金属导体板经由热传导释放到同样为金属的壳体内部构件上。对于没有采用发光装置、而是在所涉及的金属导体板上设置其它电气上相应的电子组件的情况，例如在采用可能用作信号扬声器的扬声器的情况下，这显然也是能够相应地适用的。在各种情况下，根据本发明，由所涉及的电气上相应的电子组件所发出的不可避免的损耗热量通过所述金属导体板直接传导到所述壳体内部构件，并最终被传导到壳体。
这样在整体上实现了通畅的散热，并实现了由热源或电气/电子元件产生的热量在大的表面上的高效热分布。从而由于上述原因避免了先前所提到的“热点”的产生。
由于所述壳体内部构件具有相对较大的表面积，它因而已经被用作降温器。对于所涉及的壳体内部构件与壳体相连的情况，热传导仍然能得到改善。由于通常壳体的很大一部分同样也是由金属制成的，因而在这种情况下热量还通过壳体内部构件经由热传导释放到壳体，并从壳体出发通过与外界空气相关联的热辐射和热对流向外扩散。
其中用导体板的材料或金属一起加工壳体内部构件和壳体，它们具有类似的或相同的导热性能，从而确保不能避免的热流。这里已经表明铝适合作为共同的加工材料。
其中通过金属导体板和同样由金属制成的壳体内部构件之间的热传导形成的热流还通过下述方式得到支持或馈送，即在导体板和壳体内部构件之间敷设高导热率的导热膏。在各种情况下，导体板总是与壳体内部构件形成热连接，并进而与壳体形成热连接，从而可以看到热流不中断地从发光装置经由导体板、壳体内部构件最终流向壳体。其中表面积持续地增大，使得热量能够具有优点地通过热辐射和对流从每个单个的部件向外界空气释放，并且越来越多地从导体板向壳体传导。
壳体内部构件往往通过内部构件支脚与壳体(热)连接。构造为中空体的内部构件头部可能具有多角形的造型，即三角形、四角形、五角形、最好是六角形等。这种多角形的形状在其侧向表面上具有优点地提供了用于多个导体板的固定面。
实际中所述内部构件头往往被设计成六角形的中空棱柱，即在内部具有近似空心圆柱的形状，而在其外表面具有六角形的造型。这样可以在六个侧向表面中的每个侧向表面上分别设置一个具有相应发光装置的导体板，使得所有发光装置以总共360°的发光角度毫无问题地向外扩散。所采用的LED的发光角度通常为30°至90°、甚至更大。也就是说，多个导体板通常在空间上排列为实现圆周光发射，即以360°的角度向外扩散，这对于大多数信号灯来说具有特别的意义。
最后为了改善散热，还建议设计为中空或空心圆柱状的内部构件头部设置在内部构件支脚的一个接片上，或者所述内部构件支脚通过这个接片接合到所述内部构件头部内。这样，内部构件头部可以很容易地与内部构件支脚安装在一起，即例如可以这样实现：所述内部构件头部具有槽，当所述内部构件头部被插到所述内部构件支脚上时，所述接片嵌合到内部构件头部上的所述槽中。此外，通过内部构件头部的中空结构提供了整体上很大的表面积，而且热量能够很容易地从内部构件头部向内部构件支脚进一步传导。
结果，电气电路装置提供了各个尤其是信号灯，由于所描述的和特别构思的散热，它们特别适合应用在有爆炸危险的区域内。在壳体内部不可避免地存在的损耗热量由于电气/电子部件或发光装置而被快速地导出，并通过通常加大的表面积在热流方向上向外界环境释放。由此，结果不仅避免了前面描述的“热点”的出现，而且还能够使壳体的温度降低到不会超过外界温度很多的水平，例如不超过大约60℃。在大多数情况下壳体的温度甚至可以进一步降低，例如低于50℃。
这种外壳温度与外界环境温度相比的温差减小以及出现“热点”的缺陷的可能性降低能够避免使在外界环境下可能存在的易燃气体或粉尘发生爆炸。因此所述电路装置特别适合于应用在有爆炸危险的区域内。此外，壳体相对于外界环境的温差减小导致进一步阻止了在内部形成湿气或者湿气由于压差而渗入到内部。这在整体上提高了所述电气电路装置的使用寿命和功能安全性。
本发明主要是通过以下手段来实现上述目的的：导体板上的电气或电子组件或者发光装置被安装在由导热材料制成的导体板上，尤其是安装在金属导体板上。所述导体板从它一侧把所产生的热量进一步传导到同样良好导热的壳体内部构件或金属的壳体内部构件上。从中可以得到主要的优点。
附图说明
下面借助仅示出了一个实施例的附图更详细地阐述本发明；如图所示：
图1示意性地示出了根据本发明的信号灯形式的电气电路装置，
图2以侧视图示出了与图1相对应的壳体内部构件，以及
图3示出了根据图2的壳体内部构件的X方向上的俯视图。
具体实施方式
在图中示出了一个信号灯形式的电气电路装置，其具有一个壳体1。在壳体1内部具有位于导体板4上的电气上相应的电子组件3。在该实施例范围内，所涉及的组件3被实现为发光装置3。所述壳体1基本上被设计成两部分，即一个壳体支脚1a以及一个或多或少透明的壳体头部1b。所述透明的壳体头部1b确保了从发光装置3照射到壳体1内的光能够承担所需的信号或告警功能，正如开始处所描述的。也就是说，在所述电气电路装置中，它是一个电气的信号电路装置，这里最好是在图中详细绘出的信号灯。
具体来说，发光装置3被安装在导体板4上。根据本发明，导体板4由导热的材料制成，即采用导热率超过20W/(m·K)的加工材料来制造。通常采用金属的导体板4，最好是由铝制成的导体板，即铝制导体板4。
采用了多个在空间上排列的发光二极管3作为发光装置3，并且这些LED最好是采用SMD技术。其中发光装置3相对于壳体1的中心轴A呈圆形排列，与之相对地，壳体1实现为旋转对称。通过这种方式，由LED或发光装置3发出的光线在所有空间方向上发出，这样，通过与壳体1的透明壳体头部1b相连，保证了圆周光发射。
最好借助图3中放大的截面图来识别详细的构造。由此首先可以了解到，导体板4由一个壳体内部构件5所支撑，并与之热连接，这在下面还要进一步说明。导体板4本身的朝向发光装置3的表面与所涉及的壳体内部构件5相连接，并且中间连接有导热膏6或类似的材料或流体，以降低导体板4与壳体内部构件5之间的热传递阻碍。作为对导热膏6的替代或补充，导体板4在其朝向壳体内部构件5的表面上还可以具有能够传导热量的铜镀层或其它镀层。但这并没有示出。
下面将借助图3描述导体板4的朝向发光装置3的表面的构造。首先，导体板4在发光装置一侧或者在朝向发光装置3的表面上敷设有绝缘层7，其用于必要的电绝缘，以避免与导体板4类似那样使电流传导到发光装置3以及从发光装置3被传导。所述绝缘层7可以是漆层、粉末涂层、塑料涂层等。紧接着在发光装置3的方向上提供了铜镀层8或更为上位的导电涂层8，它为相应的发光装置3提供了所需的馈电和接点。
其中发光装置3被直接设置在这个导电涂层或铜镀层8上。除此之外，在导电涂层或铜镀层8上所敷设的焊接终止漆层9可选地用于在自动焊接过程中实现发光装置3与导电涂层或铜镀层8一侧的接点或导电线路之间的无暇疵的焊接。这当然仅仅是一种选项。
起到决定性作用的是，与发光装置3产生光相关的损耗热量从金属的导体板4直接经由热传导通过导热膏6传导到壳体内部构件5上。由于壳体内部构件5如图1和图2所示已经具有相对较大的表面积，所产生的损耗热量可以毫无问题地通过大的表面向外扩散，或者通过对流传递到周围的空气或外界空气中。其中这样来优化热流：使得壳体内部构件5与壳体1热连接，例如与之旋接在一起。这样，进一步增大了散热表面积，即采用由金属制成的壳体支脚1a的形式。为了产生均匀的热流，壳体内部构件5同样可以像壳体1那样共同由铝制成。
通过比较地观察图1和图2，可以看到，壳体内部构件5总共被设计成两部分，即一个内部构件支脚5a和一个内部构件头部5b，它们支撑着相应的导体板4或多个导体板4。在该实施例范围内，并且是非限制性的，内部构件头部5b的横截面被设计为分别具有侧向表面10的多角形，每个侧向表面分别承载一个导体板4。实际中各导体板4分别借助螺钉11旋接到内部构件头部5b的相应侧向表面上。在螺钉11的上方和下方分别有一个发光装置3。
导体板4分别在导热膏6的中间连接下平放在侧向表面10上，其中发光装置3最好在轴A的方向上竖直排列，但这并不是强制的。
另外，借助图3可以看到内部构件头部5b被设计成中空体，内部构件支脚5a接合到这个中空体内。为此，内部构件支脚5a在头部一侧具有一个接片12，这个接片嵌合到内部构件头部5b的相应的槽中，或者内部构件头部5b被插到内部构件支脚5a的相应接片12上，这样就简化了安装。此外，由此还提供了内部构件头部5b和内部构件支脚5a之间所需的热连接或热量接触。
发光装置3或LED可以设计成单色的或多色的。很显然，本发明也可以采用白光LED。通过将LED的颜色选择为黄、红、绿和/或蓝，可以避免在该位置处壳体头部1b或透明盖子的颜色单一。从而可以符合目的地用一种相应的颜色或者多种颜色加强信号功能。
此外，在本发明范围内，当需要时可以使相应的金属导体板4和/或壳体内部构件5和/或壳体1被完全充分地冷却。这可以借助于赛贝克(Peltier)器件来实现。由此，各导体板4借助于插头14被接触，并具有特别简化的结构。壳体内部构件5的壳体支脚5a不仅仅用于热传导和散热，而且还附带地用于汇集和引导用于发光装置3的馈电线15。在插入内部构件头部5b之后，插头14形成了所需的电连接。