[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit dynamischer LED-Anzeige für den Außen-
oder Innenbereich mit einem Gehäuse mit einem umlaufenden Metallrahmen sowie mit einseitiger
oder beidseitiger LED-Anzeige mit einem darin angeordneten Steuerrechner und Netzteil,
wobei die LED-Dioden auf einer Trägerplatte und der Steuerrechner und das Netzteil
auf einer Halterungsplatte angeordnet sind.
[0002] Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 102 07 264 C1 bekannt. Bei immer größer
werdenden LED-Anzeigen sowie mit erhöhter Leistung der LED-Dioden steigt zwangsläufig
der Strombedarf und damit die Wärmeentwicklung innerhalb des den Steuerrechner und
das Netzteil sowie die Dioden aufnehmenden Gehäuses an. Ein weiteres Problem wird
durch die Wärmeableitung der strom- und spannungsführenden Teile auf die nur begrenzt
temperaturresistenten LED-Anzeigen sowie durch Sonneneinstrahlungen gebildet. Dabei
hat sich herausgestellt, daß insbesondere in Winterzeiten bei flach über den Horizont
sich erhebender Sonne der Innenraum des Gehäuses durch die Einwirkung der dann nahezu
senkrecht auf die LED-Anzeigen auftreffenden Sonnenstrahlen bis auf 70 °C aufgeheizt
werden kann. Diese nachteilige Einwirkung der Sonnenstrahlen ist in den Sommermonaten
bei der dann hochstehenden Sonne überraschenderweise nicht festzustellen. Durch die
Brechung der UV-Strahlen an den von einer Glas- oder Acrylharzplatte abgedeckten LED-Anzeigen
wird das kurzwellige UV-Licht in langwelliges und damit äußerst wärmeintensives Infrarot-Licht
umgewandelt. Zur Ableitung dieser sich im Gehäuse aufstauenden Wärmemengen wurden
bereits in der DE 102 07 264 C1 an zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmen Luftdurchtrittsöffnungen
angeordnet, die von einem Vliesverbundstoff wasserdicht, aber luftdurchlässig abgedeckt
sind. In Versuchen hat sich aber herausgestellt, daß diese sinnvolle Wärmeableitungsmaßnahme
durch natürliche Konvektion nicht ausreichend ist. Dies hängt einerseits mit der Sonneneinstrahlung
in den Wintermonaten zusammen, andererseits aber auch damit, daß die steigenden elektrischen
Leistungen der eingesetzten Steuerrechner infolge der stetig größer werdenden Anforderungen
an sie sowie ihre geforderte Schnelligkeit zu noch größeren Wärmeentwicklungen im
Gehäuse führen, zu deren Abführung eine natürliche Konvektion der in der DE 102 07
264 C1 beschriebenen Art allein nicht ausreicht. Dabei ist wesentlich, daß eine steigende
Temperatur in dem Gehäuse nicht nur die Lebensdauer des Steuerrechners, der Leuchtdioden,
der Steuerhalbleiter sowie weiterer darin enthaltener Baukomponenten, wie Mikrokameras,
Sensoren, Sende-Empfangseinheiten, Mikrofone und Lautsprecher, beeinträchtigt, sondern
auch die Helligkeit der Leuchtdioden negativ beeinflußt.
[0003] Aus der DE 298 19 742 U1 ist eine weitere Vorrichtung der eingangs genannten Gattung
offenbart, bei welcher bei einem im Querschnitt trapezoedalen Gehäuse Bauelemente,
wie Leuchtdioden, Schaltungsplatinen, Energiequellen, Stromversorgung und weitere
mechanische und elektrotechnische Komponenten angeordnet sind, wie sie üblicherweise
für Verkehrsinformations-Anzeigen/Displays eingesetzt werden. Das Gehäuse wird an
beiden Seiten von einer transparenten Abdeckeinrichtung verschlossen. Diese Abdeckeinrichtung,
die mit einer bekannten, tatsächlichen Ausführungsform dieser Vorrichtung mittels
am Gehäuseoberrand aufgebrachter Scharniergelenke abklappbar gestaltet ist, besteht
aus einer äußeren Oberfläche und einer inneren Anzeigefläche. Die äußere Oberfläche
ist mit einem Farbfilm aus geschmolzenem Glas versehen. Die innere Anzeigefläche besteht
aus einer Schicht oder einem Film aus transparentem Material aus eingeschmolzenem
Glas. Die innere Anzeigefläche ist von einem umlaufenden, lichtundurchlässigen Rahmen
als Passepartout eingefaßt. Dadurch verkleinert sich zwangsläufig die Anzeigefläche
der Abdeckeinrichtung zu den im Gehäuse angeordneten Leuchtdioden. Das Gehäuse ist
äußerst voluminös. Bei einer Reparatur muß die Abdeckeinrichtung hochgeklappt oder
sonstwie entfernt werden, um zu Reparaturzwecken einen Zugang zum Innenraum des Gehäuses
zu schaffen. Als kritisch erweist sich dabei insbesondere die erneute Abdichtung der
Abdeckeinrichtung am Gehäuse gegenüber Niederschlägen. Bei einer Wiederanbringung
der Abdeckeinrichtung als Verschluß des Gehäuses muß keineswegs eine Dichtheit des
Gehäuses gegeben sein. Irgendeine Vorrichtung zur Ableitung der im Innenraum des Gehäuses
entstehenden Wärmemengen ist nicht offenbart. Damit ist die Lebensdauer der Leuchtdioden,
des Steuerrechners und der Steuerhalbleiter absehbar und eine Beeinträchtigung der
Helligkeit der Leuchtdioden durch die auftretenden Wärmeentwicklungen unvermeidbar.
[0004] Von diesem nächstkommenden Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die einen effektiven
Wärmeabtransport der sich im Innenraum des Gehäuses entwickelnden Wärmemengen, sei
es durch Sonneneinstrahlung oder sei es durch die darin angeordneten Elektro- und
elektronischen Teile, gewährleistet.
[0005] Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem eingangs genannten Gattungsbegriff erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Trägerplatte und die Halterungsplatte aus Aluminium oder Kupfer
bestehen, die Halterungsplatte und/oder die Trägerplatte mit mindestens einem aufgekanteten
Ende versehen ist und dieses aufgekantete Ende mit mindestens einer Seite des gleichfalls
aus Aluminium oder Kupfer bestehenden Rahmens des Gehäuses wärmeleitend gekoppelt
ist. Damit wird erstmalig bei einer Vorrichtung der hier in Rede stehenden Art eine
Halterungsplatte direkt wärmeleitend mit dem gleichfalls aus Aluminium oder Kupfer
bestehenden Rahmen des Gehäuses gekoppelt. Da Kupfer und Aluminium die höchsten Wärmeleitwerte
unter den Metallen (Edelmetalle ausgenommen) besitzen, erfolgt damit eine effektive
Wärmeableitung der von der Außenluft umspülten metallischen Rahmenteile. Dabei ist
der Ausdruck "mindestens" dahingehend zu verstehen, daß auch die Trägerplatten mit
mindestens einem aufgekanteten Ende versehen und gleichfalls mit dem metallischen
Rahmen des Gehäuses wärmeleitend gekoppelt sein können. In diesem Fall erfolgt sodann
eine Wärmeleitung sowohl über die Halterungsplatte als auch über die Trägerplatte.
Soweit die Halterungsplatte gleichzeitig auch Trägerplatte sein sollte, was durchaus
möglich ist, erfolgt allein über sie die Wärmeableitung. Dabei ist vorteilhaft - beispielsweise
aus baulichen Gründen - die Halterungsplatte in zwei Halterungsplatten aufgeteilt,
von denen die eine beispielsweise das Netzteil und die andere den Steuerrechner trägt.
[0006] Bei einer zweiseitigen LED-Anzeige ist vorteilhaft die eine Trägerplatte mit der
das Netzteil halternden Halterungsplatte und die andere Trägerplatte mit der den Steuerrechner
halternden Halterungsplatte wärmeleitend verbunden. Dadurch erfolgt ein zweiseitiger,
gleichmäßiger Wärmeabtransport über die wärmeübertragenden Teile innerhalb des Gehäuses,
die wärmeleitend mit dem Rahmen des Gehäuses gekoppelt sind.
[0007] Die Aufkantung der Enden der Halterungs- und/oder der Trägerplatte an den Enden soll
für eine große Wärmeübertragungsfläche dieser aufgekanteten Enden an die Metallrahmen
sorgen. Das gilt insbesondere dann, wenn zwischen den aufgekanteten Enden und der
Innenseite der Metallrahmen eine wärmeleitende Paste oder ein wärmeleitendes Gel zur
Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist und die aufgekanteten Enden beispielsweise
von entsprechenden Schrauben gepreßt - und damit ohne Luftspalt - gegen die Innenflächen
der Rahmenseiten gezogen werden.
[0008] Der vorbeschriebene Wärmeabtransport aus dem Innengehäuse durch Wärmeleitung kann
noch durch drei weitere aktive Kühleinrichtungen unterstützt werden:
[0009] Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist jede Halterungsplatte mit dem Verdampferteil
von mindestens einer Heat Pipe (Kühlrohr) wärmeleitend gekoppelt, dessen Kondensatorteil
entweder ganz oder teilweise mit einer Rahmenseite des Gehäuses und/oder mit einem
durch diese Rahmenseite geführtes beripptes Plattenelement mit großer Wärmeübertragungsfläche
wärmeleitend gekoppelt ist. Heat Pipes (Kühlrohre) sind allgemeiner Stand der Technik
(s. nur beispielsweise DE 101 45 311 A1 und US 2003/00 19 607 A1) und zeichnen sich
durch einen Verdampfungs- und Kondensationsprozeß aus. Mit einem Verdampfungsprozeß
kann aufgrund des im verdampften Medium enthaltenen Enthalpieanteils ein so großer
Wärmemengentransport stattfinden, wie er mit flüssigen Medien nicht erfolgen kann,
wodurch innerhalb einer kurzen Zeiteinheit eine effektive zusätzliche Kühlung der
Halterungsplatten und damit auch der Trägerplatten erfolgt. Von den in aller Regel
senkrecht oder geneigt zum Boden angeordneten Heat Pipes wird im unten angeordneten
Verdampferteil die Wärme aufgenommen und gelangt in der dampfförmigen Phase des primären
Kühlmittels unter seinem geringeren spezifischen Gewicht aufsteigend zum Kondensatorteil.
Dieses Kondensatorteil wird von einem sekundären Kühlmittel, beispielsweise von der
atmosphärischen Außenluft, umspült oder ist deshalb mit einer großen äußeren Wärmeübertragungsfläche
zu versehen. Infolge dieser Luftumspülung durch das sekundäre Kühlmittel kondensiert
das dampfförmige primäre Kühlmittel im oben gelegenen Kondensatorteil aus, und das
Kondensat tropft unter seiner Schwerkraft zum Verdampferteil zurück, in welchem der
Wärmetransport-Kreislauf von neuem beginnt. Als primäres Kühlmittel innerhalb der
Heat Pipe haben sich Dichlormethan, Methanol und Chloroform wegen ihrer niedrigen
Siedepunkte bewährt.
[0010] Nach einer zweiten Ausführungsform ist jede Halterungsplatte und/oder metallische
Trägerplatte mit der Kühlseite mindestens eines Peltierelementes verbunden, dessen
Warmseite mit mindestens einer der metallischen Rahmenseiten des Gehäuses in wärmeleitender
Verbindung steht. Diese Wärmetransporteinrichtung nutzt den nach dem französischen
Uhrmacher Peltier benannten thermoelektrischen Effekt aus, bei dem in einem aus zwei
verschiedenen Metallen bestehenden Leiterkreis an den Lötstellen bei Stromfluß Wärme
entsteht oder entzogen wird. Diese Peltierwärme ist proportional zur Stromstärke und
die zugehörige Proportionalitätskonstante hängt von Art und Temperatur der beiden
Metalle ab. Derartige Peltierelemente werden meist aus Halbleitern gefertigt, z.B.
aus Verbindungen aus Bismut und Antimon mit Selen oder Tellur.
[0011] Da ohnehin zum Innenraum des Gehäuses eine Stromzufuhr erfolgt, ist es im vorliegenden
Fall kein Problem, davon einen Teilstrom für den Betrieb des Peltierelementes abzuzweigen.
Dieser Stromfluß kann darüber hinaus in Abhängigkeit von der Innentemperatur des Gehäuses
intervallweise zugeschaltet und bei Unterschreitung der höchstzulässigen Innentemperatur
wieder abgeschaltet werden, wodurch entsprechende Betriebskosten eingespart werden
können.
[0012] Nach einer dritten Ausführungsform ist im Innenraum des Gehäuses zwischen den Halterungsplatten
ein Radiallüfter angeordnet, wobei in an sich bekannter Weise zwei gegenüberliegende
Rahmenseiten mit mindestens einer Öffnung versehen sind, die von einem Vliesverbundstoff
wasserdicht, aber luftdurchlässig abgedeckt sind. Eine solche Abdeckung ist aus der
DE 102 07 264 C1 bekannt und daher als solche bezeichnet worden.
[0013] Mit dieser Ausführungsform wird der Innenraum des Gehäuses einer Zwangsluftkonvektion
unterzogen und damit entsprechend effektiv gekühlt. Auch hier kann der Radiallüfter
in Abhängigkeit von der Innentemperatur des Gehäuses zugeschaltet oder abgeschaltet
werden.
[0014] Einem Radiallüfter ist im vorliegenden Fall gegenüber einem - möglichen - Axiallüfter
deshalb der Vorzug zu geben, weil er gegen höhere Druckdifferenzen arbeiten kann als
ein Axiallüfter. Denn im vorliegenden Fall muß berücksichtigt werden, daß der abdeckende
Vliesverbundstoff mit einem spezifischen Druckverlust der Luftströmung verbunden ist.
[0015] Zur Erhöhung des Wärmeabtransportes sind vorteilhaft die dem Luftstrom des Radiallüfters
ausgesetzten Flächen der Halterungsplatte und/oder der Trägerplatte mit zusätzlichen
Rippen, Stiften, Plättchen oder Haken zur Vergrößerung ihrer Wärmeübertragungsfläche
sowie als Turbulenzerzeuger versehen, wodurch gleichfalls der Wärmeabtransport erhöht
wird.
[0016] Um auch an der Sekundärseite der Rahmenseiten, d.h. an ihrer Außenseite, mit einem
erhöhten Wärmeabtransport an die umspülende Umgebungsluft zu sorgen, sind nach einer
besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sämtliche metallischen Rahmenseiten
an ihrer Außenseite zur Vergrößerung ihrer Wärmeübertragungsfläche mit Rippen versehen.
[0017] Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die LED-Module
sowie ihre Steuerhalbleiter mittels einer wärmeleitenden, doppelseitig klebenden Folie
mit einer Platine auf aus Aluminium oder Kupfer bestehenden Kühlkörpern befestigt,
die über in letztere eingelassene und daran gehalterte Gewindebolzen miteinander zu
einer kompakten Trägerplatte verschraubt sind. Diese Verschraubung zu einer kompakten
Trägerplatte erfolgt vorteilhaft dadurch, daß die Trägerplatte über die Schraubbolzen
mit den angrenzenden Halterungsplatten zu einer kompakten Einheitsplatte, einmal für
das Netzteil und ein weiteres Mal für den Steuerrechner, verschraubt ist. Dadurch
erfolgt ein direkter Wärmeabtransport durch Wärmeleitung von den Trägerplatten und
den Halterungsplatten auf die Rahmenseiten des Gehäuses. Zur Erhöhung dieses Wärmeabtransportes
ist zwischen der Trägerplatte und der Halterungsplatte eine wärmeleitende Paste oder
ein wärmeleitendes Gel angeordnet. Dadurch werden die Wärmeübertragung drastisch mindernde
Luftspalte unterbunden.
[0018] Um die einfallende Sonneneinstrahlung in ihrer Effektivität zu vermindern, hat sich
überraschend herausgestellt, daß eine Versehung der die Außenflächen für die Anzeigeflächen
der LED-Module abdeckenden transparenten Scheiben mit einem Zweikomponenten-Glaslack,
einer aufgedampften Glaslackschicht oder mit einer aufgeklebten Glaslackfolie zu einer
deutlichen Temperaturverminderung im Innenraum des Gehäuses gegenüber einer nicht
mit einem Zweikomponenten-Glaslack versehenen Scheibe führt. Die Auftragung eines
Zweikomponenten-Glaslackes auf die Außenfläche diente bislang lediglich zur Erzielung
einer kontrastreicheren Wiedergabe der Graphiken durch die Leuchtdioden.
[0019] Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Dabei
zeigen:
Fig. 1 die Draufsicht auf eine Seite eines Gehäuses mit beidseitiger LED-Anzeige,
in welchem u.a. der Steuerrechner und das Netzteil sowie die LED-Dioden in Modulbauweise
angeordnet sind,
Fig. 2 die Unteransicht des Gehäuses in Richtung des Pfeiles II von Fig. 1,
Fig. 3 die Draufsicht des Gehäuses in Richtung des Pfeiles III von Fig. 1,
Fig. 4 die rechte Seitenansicht des Gehäuses in Richtung des Pfeiles IV von Fig. 1,
Fig. 5 die linke Seitenansicht des Gehäuses in Richtung des Pfeiles V von Fig. 1,
Fig. 6 eine mittige Schnittansicht durch das Gehäuse in Richtung der Pfeile VI-VI
von Fig. 3,
Fig. 7 die Schnittansicht in Richtung der Pfeile VII-VII durch die rechte schmale
Rahmenseite von Fig. 6,
Fig. 8 die Schnittansicht durch die linke schmale Rahmenseite gemäß den Pfeilen VIII-VIII
von Fig. 6,
Fig. 9 die Schnittansicht durch die obere Längsrahmenseite entlang den Pfeilen IX-IX
von Fig. 6,
Fig. 10 die Explosionsansicht in Richtung des Pfeiles X von Fig. 1,
Fig. 11 die Explosionsansicht in Richtung der schmalen Rahmenseite gemäß dem Pfeil
XI von Fig. 1,
Fig. 12 eine der Fig. 6 entsprechende Ansicht, jedoch mit der Anordnung eines Peltierelementes
zwischen den aufgekanteten Enden der Halterungs- und/oder der Trägerplatte und den
metallischen Rahmenseiten des Gehäuses,
Fig. 13 die Schnittansicht entsprechend den Pfeilen XIII-XIII von Fig. 12,
Fig. 14 die Schnittansicht entsprechend den Pfeilen XIV-XIV von Fig. 12,
Fig. 15 die Schnittansicht entsprechend den Pfeilen XV-XV von Fig. 12,
Fig. 16 eine Explosionsansicht durch eine mit einem Peltierelement versehenes Gehäuse
entsprechend den Figuren 12 bis 15 in Richtung des Pfeiles XVI von Fig. 1,
Fig. 17 eine Explosionsansicht eines mit einem Peltierelement versehenen Gehäuses
in Richtung des Pfeiles XVII von Fig. 1,
Fig. 18 eine der Fig. 6 entsprechende Innenansicht eines Gehäuses, welches mit insgesamt
fünf Peltierelementen bestückt ist,
Fig. 19 die Explosionsansicht in Richtung des Pfeiles XIX von Fig. 18,
Fig. 20 die Ausschnittvergrößerung XX von Fig. 18,
Fig. 21 eine der Fig. 6 entsprechende Innenansicht des Gehäuses von Fig. 1 mit einem
darin angeordneten Radiallüfter zum Wärmemengenabtransport,
Fig. 22 die Schnittansicht entlang der Linie XXII-XXII durch den rechten Seitenrahmen
von Fig. 21,
Fig. 23 die Schnittansicht entlang der Linie XXIII-XXIII durch den linken Seitenrahmen
von Fig. 21 mit einem die Öffnungen abdeckenden Vliesverbundstoff,
Fig. 24 die Ansicht auf die Anzeigefläche eines Gehäuses gemäß der Ausführungsform
der Figuren 21 bis 23,
Fig. 25 die Unteransicht in Richtung des Pfeiles XXV von Fig. 24,
Fig. 26 die Schnittansicht in Richtung der Pfeile XXVI-XXVI von Fig. 24,
Fig. 27 die rechte Seitenansicht in Richtung des Pfeiles XXVII von Fig. 24,
Fig. 28 die linke Seitenansicht in Richtung des Pfeiles XXVIII von Fig. 24,
Fig. 29 die Ausschnittvergrößerung XXIX von Fig. 26 durch den Öffnungsbereich einer
schmalen Rahmenseite und
Fig. 30 die Ansicht von Figur 1 und 24 mit einer LED-Anzeige für den öffentlichen
Personennahverkehr.
[0020] Die Vorrichtung 1 besteht gemäß den Figuren 1 bis 5 aus einem schmalen, umlaufenden
Rahmen 2a eines Gehäuses 2, das sich aus insgesamt zwei Längsrahmenseiten 3, 4 sowie
zwei schmalen Rahmenseiten 5, 6 zusammensetzt. Der Rahmen 2a kann selbstverständlich
auch dreieckig, quadratisch oder mehreckig sein. Die Rahmenseiten 3, 4, 5, 6 sind
entweder über Winkel zusammengeschraubt, zusammengeklebt oder zusammengeschweißt,
was für die vorliegende Erfindung irrelevant ist. An der unteren Längsrahmenseite
4 sind zwei wasserdichte Steckdosen 7, 8 angeordnet, von denen die eine mit einer
elektrischen Datenversorgungsleitung und die andere mit einer elektrischen Energieversorgungsleitung
zu kuppeln ist.
[0021] Wesentlich ist noch, daß die Breite B der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 beispielsweise
nur bis ca. 35 mm betragen kann, weil sich demzufolge in dem dadurch bedingten kleinen
Innenraum 2b viel rascher Wärmemengen aufstauen. Im Innenraum 2b des Gehäuses 2 (s.
Fig. 6) ist im oberen Teil des Gehäuses 2 gestrichelt umrahmt als Blocksymbol der
Steuerrechner 11 und im unteren Teil des Gehäuses 2 ein ebenfalls als Blocksymbol
gestrichtelt ein umrahmtes Netzteil 12 angedeutet. Außerdem befinden sich im Innenraum
2b des Gehäuses 2 entweder direkt mit den beiden transparenten Scheiben 9, 10 an der
Außenseite verklebt oder mit diesen unverklebt in der gleichen Größe wie die transparenten
Scheiben 9, 10 rasterförmig in Modulbauweise zusammengesetzte Leuchtdioden, welche
die LED-Anzeigen 13, 14 (s. Figuren 10 und 11) bilden. Außerdem können sich im Innenraum
2b des Gehäuses 2 noch Minikameras, Sensoren, Empfangs-Sendeeinheiten, Mikrofone und
Lautsprecher befinden.
[0022] Der Steuerrechner 11, das Netzteil 12 sowie die LED-Anzeigen 13, 14 sind von Strom
durchflossen, der zu einer entsprechenden Wärmeentwicklung führt. Je schneller der
Steuerrechner 11 ist, desto höher ist auch dessen Wärmeerzeugung.
[0023] Hinzu tritt die Wärmeeinwirkung durch Sonnenstrahlen. Da die Vorrichtung 1 in aller
Regel senkrecht zur Bodenfläche aufgeständert oder aufgehängt ist, treffen in den
Winter- und Frühjahrsmonaten bei flach über den Horizont streichender Sonne deren
Sonnenstrahlen senkrecht oder nahezu senkrecht auf die transparenten Scheiben 9, 10.
Im Gegensatz dazu steht die Sonne in den Sommermonaten relativ hoch über der Oberfläche,
das heißt oberhalb der oberen Rahmenseite 3 von Fig. 1 der Vorrichtung 1. Beim Auftreffen
der Sonnenstrahlen auf die transparenten Scheiben 9, 10 wird das UV-Licht in langwelliges
Infrarot-Licht umgewandelt, welches zu einer Temperaturerhöhung im Innenraum 2b des
Gehäuses 2 bis zu 70 °C führen kann. Wenn sich die damit einhergehenden Wärmemengen
im Innenraum 2b des Gehäuses 2 aufstauen, führt dies nicht nur zu einer erheblichen
Beeinträchtigung des Steuerrechners 11 und des Netzteiles 12, sondern auch der Leuchtdioden
der LED-Anzeigen 13, 14, deren Helligkeit drastisch herabgesetzt wird. Damit nimmt
der Kontrast der Anzeigeflächen deutlich ab. Hier schafft nun die Erfindung Abhilfe,
indem sie mit mehreren Einrichtungen zum effektiven Wärmemengenabtransport aus dem
Innenraum 2b des Gehäuses 2 zur äußeren Umgebung versehen ist.
[0024] Gemäß Fig. 6 ist der Steuerrechner 11 auf einer Halterungsplatte 15 und das Netzteil
12 auf einer weiteren Halterungsplatte 16 befestigt. Auf diesen Halterungsplatten
15, 16 sind auch die Trägerplatten 13b, 14b der LED-Anzeigen 13, 14 befestigt.
[0025] Um nicht die Wärmemengen vom Steuerrechner 11 und vom Netzteil 12 auf ein und derselben
Halterungsplatte 15 oder 16 ableiten zu müssen, sind vorteilhaft gemäß den Figuren
10 und 11 auf jeder Seite des Gehäuses 2 je zwei Halterungsplatten 15, 16 angeordnet.
Dadurch können beispielsweise auf der einen Seite der Steuerrechner 11 mit der Halterungsplatte
15 und gleichzeitig damit auch die Trägerplatten 13b der LED-Anzeige 13 verbunden
werden und zugleich auch mit der darunter befindlichen Halterungsplatte 16. Auf der
gegenüberliegenden Seite kann das Netzteil 12 mit der Halterungsplatte 16 und die
zugeordnete LED-Anzeige 14 mit der Trägerplatte 14b sowohl mit der ihr zugeordneten
Halterungsplatte 16 als auch mit der Halterungsplatte 15 wärmeleitend zu einer Einheitsplatte
17 gekoppelt werden. Die oberen Halterungsplatten 15 sind gemäß den Figuren 6 bis
11 an den drei Seiten 18, 19, 20 und die unteren Halterungsplatten 16 ebenfalls an
drei Seiten, nämlich 21, 22 und 23 aufgekantet. Diese aufgekanteten Enden sind mit
drei Seiten 3-6 des gleichfalls aus Aluminium oder Kupfer bestehenden Rahmens 2a des
Gehäuses 2 wärmeleitend gekoppelt, so, wie es am anschaulichsten aus Fig. 6 entnommen
werden kann. Dabei liegen die aufgekanteten Enden 18-20 der im Gehäuse 2 obenliegenden
Halterungsplatten 15 an den Rahmenseiten 5, 3, 6 an, wohingegen die im unteren Teil
des Gehäuses 2 angeordneten aufgekanteten Enden 21 bis 23 der Halterungsplatten 16
an den Rahmenseiten 5, 4, 6 anliegen.
[0026] Diese aufgekanteten Enden 18-23 der Halterungsplatten 15, 16 liegen an den Innenseiten
der Rahmenseiten 3-6 über eine generell mit 24 bezeichnete Wärmeleitpaste oder ein
Wärmeleitgel in wärmeleitendem Kontakt an, wodurch die Wärmeübertragung mindernde
Luftspalte unterbunden werden. Um den Wärmeübergang in diesen Bereichen durch Vergrößerung
der Kontaktflächen noch zu erhöhen, werden die einander zugekehrten Flächen, nämlich
die Innenflächen der Rahmenseiten 3-6 einerseits und die mit ihnen kontaktierenden
Flächen der aufgekanteten Enden 18-23 andererseits mit im Querschnitt zickzackförmigen
Berippungen versehen, die verzahnend formschlüssig ineinandergreifen.
[0027] Außerdem sind vorteilhaft sämtliche Außenseiten der Rahmenseiten 3-6 mit einer Berippung
25 versehen, die beim lösbaren Zusammenbau des Gehäuses 2 lediglich an den Eckenbereichen
zur Anbringung von hier nicht interessierenden Schrauben und/oder Winkeln ausgespart
sein kann, aber nicht muß, z.B. bei zusammengeschweißten Rahmenseiten 3-6. Auch bei
einem zusammengeklebten Gehäuse 2 werden die Rippen 25 vorteilhaft durchgehend angeordnet.
[0028] Dieser auf Wärmeleitung, Wärmestrahlung und auf der Außenseite des Gehäuses 2 auch
auf Konvektion beruhender Wärmeabtransport kann noch dadurch erhöht werden, daß die
sich aus einzelnen LED-Modulen 13a, 14a zusammensetzenden LED-Anzeigen 13, 14 mit
ihren Steuerhalbleitem mittels einer wärmeleitenden, doppelseitig klebenden Folie
(hier nicht dargestellt) mit einer Platine (hier gleichfalls nicht dargestellt) aus
auf Aluminium oder Kupfer bestehende Kühlkörper 13b, 14b befestigt sind, die über
in letztere 13b, 14b eingelassene und daran gehalterte Gewindebolzen 26 mit der jeweils
zugeordneten Halterungsplatte 15, 16 (s. Figuren 10 und 11) zu einer kompakten Einheitsplatte
17 verschraubt sind. Dabei kann selbstverständlich zwischen den Trägerplatten 13b,
14b und den jeweils zugeordneten Halterungsplatten 15, 16 gleichfalls zur Vermeidung
von Luftspalten eine äußerst gut wärmeleitende Paste oder Gel 24 angeordnet werden.
[0029] Der vorbeschriebene Wärmeabtransporteffekt der mit aufkanteten Enden 18-23 versehenen
Halterungsplatten 15, 16 mit den Trägerplatten 13b, 14b ist äußerst effektiv und für
die meisten Einsatzfälle bislang auch ausreichend.
[0030] Jedoch ist zu befürchten, daß mit steigenden Leistungen der Steuerrechner 11 und
damit einhergehend auch des Netzteiles 12 die abzutransportierenden Wärmemengen im
Innenraum 2b weiter ansteigen. Um auch solchen Situationen gerecht zu werden, ist
nach einer ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 12 bis 17 eine jede Halterungsplatte
15, 16 und/oder eine jede Trägerplatte 13b, 14b mit der Kühlseite 27 mindestens eines
Peltierelementes 28 verbunden, dessen Warmseite 29 mit mindestens einer metallischen
Rahmenseite 3-6 des Gehäuses 2 in wärmeleitender Verbindung steht. Zwischen der Kühlseite
27 einerseits und den angrenzenden aufgekanteten Enden 18-23 andererseits sowie zwischen
der Warmseite 29 und den angrenzenden Innenseiten der Rahmenseiten 3-6 ist vorteilhaft
zur Vermeidung von Luftspalten je eine Wärmeleitpaste bzw. ein Wärmeleitgel 24 angeordnet.
[0031] Durch diese Wärmeleitpaste 24 können nicht nur Luftspalte vermieden, sondern auch
eine äußerst effektive Wärmeübertragung erzielt werden.
[0032] Da das Peltierelement 28 je nach geforderter Kühlleistung einen entsprechenden Stromverbrauch
erfordert, wird vorteilhaft zwischen der Stromzufuhr zu den Peltierelementen 28 ein
von der Innentemperatur im Innenraum 2b des Gehäuses 2 gesteuerter Schalter vorgesehen,
der bei Bedarf den Stromkreis schließt und nach entsprechender Abkühlung entsprechend
unterbricht. Aus Übersichtsgründen wurde auf die zeichnerische Darstellung dieser
aus dem Stand der Technik bei anderen Radiallüftern bekannten Maßnahme verzichtet.
[0033] Ansonsten sind mit den Figuren 1 bis 11 übereinstimmende Teile mit identischen Bezugsziffern
bezeichnet.
[0034] Eine zweite Ausführungsform einer zusätzlichen Kühlung des Innenraumes 2b des Gehäuses
2 ist in den Figuren 18 bis 20 in Form einer Heat Pipe (Kühlrohr) 30 dargestellt.
Dabei ist jede Halterungsplatte 15, 16 und/oder Trägerplatte 13b, 14b mit dem Verdampferteil
31 mindestens einer Heat Pipe (Kühlrohr) wärmeleitend gekoppelt. Im vorliegenden Fall
ist die Halterungsplatte 15 und/oder die Trägerplatte 13b, 14b mit dem Verdampferteil
31 von zwei Heat Pipes 30 gekoppelt, wohingegen die Halterungsplatte 16 und/oder die
Trägerplatten 13b, 14b und das Netzteil 12 mit dem Verdampferteil 31 von insgesamt
drei Heat Pipes 30 gekoppelt sind. Das Kondensatorteil 32 einer jeden Heat Pipe 30
ist entweder ganz oder teilweise mit einer Rahmenseite, hier der Rahmenseite 3 des
Gehäuses 2, wärmeleitend gekoppelt und/oder mit einem durch diese Rahmenseite 3 geführtes
beripptes Plattenelement 33 mit großer Wärmeübertragungsfläche 34 wärmeleitend verbunden.
Die Kopplung erfolgt im vorliegenden Fall, wie am anschaulichsten aus Fig. 20 hervorgeht,
mittels einer Verschraubung 35, oder in anderen Worten, das Kondensatorteil 32 der
Heat Pipe 30 ist mit einem Außengewinde 36 und das Plattenelement 33 mit der großen
Wärmeübertragungsfläche 34 mit einer Sackbohrung mit Innengewinde 37 versehen, auf
welches unter Zwischenlegung einer wärmeleitenden Paste (hier nicht dargestellt) das
Plattenelement 33 fest aufgeschraubt wird.
[0035] Das Plattenelement 33 mit seiner großen Wärmeübertragungsfläche 34 wird von der Außenluft
als sekundärem Kühlmittel umspült, wodurch eine direkte Wärmeableitung aus dem Kondensatorteil
32 erfolgt. Infolgedessen tropft das auskondensierte, primäre Kühlmittel im Innenraum
38 der Heat Pipe 30 in Pfeilrichtung 39 unter seiner Schwerkraft nach unten in das
Verdampferteil 31 zurück, in welchem der Verdampfungsprozeß erneut beginnt. Da mit
einem Verdampfungsprozeß über ein entsprechendes primäres Kühlmittel mit niedrigem
Siedepunkt, beispielsweise mit Methanol, Dichlormethan oder Chloroform, eine erheblich
größere Wärmemenge als mit jedem flüssigen Kühlmittel abgeführt werden kann, erweist
sich diese Art des zusätzlichen Wärmeabtransports als äußerst effektiv und zudem noch
ohne jeden zusätzlichen Stromverbrauch. Dabei sind die Verdampferteile 31 der Heat
Pipes 30 unter Zwischenlegung einer wärmeleitenden Paste in Halterungstaschen 40 der
Halterungsplatten 15, 16 angeordnet.
[0036] Ansonsten sind auch bei diesem Ausführungsbeispiel mit den Figuren 1 bis 11 übereinstimmende
Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
[0037] Eine dritte Ausführungsform einer zusätzlichen Kühleinrichtung im Innenraum 2b des
Gehäuses 2 ist in den Figuren 21 bis 29 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist im Innenraum 2b des Gehäuses 2 zwischen den Halterungsplatten 15, 16 auf der linken
oder rechten Seite des Gehäuses 2 ein Radiallüfter 41 (s. Fig. 21) angeordnet und
in an sich bekannter Weise mindestens zwei gegenüberliegende Rahmenseiten, hier die
Rahmenseiten 5, 6 (s. Figuren 24, 27 und 28), mit mindestens einer Öffnung 42 versehen,
die von einem Gitter 43 mit einem Vliesverbundstoff 44 abgedeckt sind, der wasserdicht,
aber luftdurchlässig ist. Dadurch kann je nach Drehrichtung des Radiallüfters 41 in
eine der beiden Pfeilrichtungen des Doppelpfeiles 45 gemäß Fig. 21 Luft durch die
eine Öffnung 42 in der Rahmenseite 5 angesaugt und durch die Öffnung 42 in der Rahmenseite
6 aus dem Innenraum 2b des Gehäuses 2 herausgedrückt werden. Hierbei wird die Stromzufuhr
zum Elektromotor, der den Radiallüfter 41 antreibt, gleichfalls vorteilhaft in Abhängigkeit
von der Temperatur im Innenraum 2b des Gehäuses 2 von einem nicht dargestellten temperaturgesteuerten
Schalter zu- und abgeschaltet.
[0038] Die Schnittbilder gemäß den Figuren 22 und 23 und 29 verdeutlichen den Aufbau der
Durchtrittsöffnungen 42.
[0039] Ansonsten sind mit den vorbeschriebenen Figuren übereinstimmende Teile mit gleichen
Bezugsziffern bezeichnet. Ferner sind all diejenigen Teile nicht mit Bezugsziffern
belegt, die für die erfindungsrelevante Abführung der Wärmeübertragung keine Rolle
spielen, weil es bezüglich des Gegenstandes dieser Erfindung nicht darauf ankommt,
ob ein Gehäuse 2 aus einzelnen Rahmenseiten 3-6 zusammengeschraubt, verklebt, verschweißt
oder sonstwie zusammengebaut ist.
[0040] Einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die Fig. 30. Trotz
der sehr schmalen Breite B des Gehäuses 2 und damit des Innenraumes 2b kann eine voll
graphikfähige Anzeigefläche 13, 14 auf beiden Seiten der Vorrichtung 1 genutzt werden.
Um bei Temperaturerhöhungen im Innenraum 2b des Gehäuses 2 die Graphik 46 kontraststark
zu erhalten, bevor der zusätzliche Wärmeabtransport und damit eine noch effektivere
Kühlung im Innenraum 2b bei Zuschalten des Peltierelementes 28, des Radiallüfters
41 oder durch die Effizienz der Heat Pipes 30 einsetzt, werden vorteilhaft die Außenflächen
9a, 10a der transparenten Scheiben 9, 10, die aus Glas oder Acrylharz bestehen, mit
einem aufgesprühten oder aufgestrichenen Zweikomponenten-Glaslack versehen. Dieser
Zweikomponenten-Glaslack hat nicht nur eine kontraststärkere Wiedergabe der Graphik
46 zur Folge, sondern in überraschender Weise übt er auch eine wärmedämmende Wirkung
bezüglich der UV-Strahlen der Sonne und deren Durchdringungskraft aus. Somit ist mit
der Aufsprühung des Zweikomponenten-Glaslackes auch eine wärmedämmende Wirkung verbunden.
[0041] Der Kern der Erfindung ist einerseits in der permanenten und aktiven Kühlung durch
Wärmeleitung und Strahlung über die aufgekanteten Enden 18-23 der Halterungsplatten
15, 16 und/oder der Trägerplatten 13b, 14b zu sehen. Dabei versteht es sich, daß selbstverständlich
auch die Trägerplatten 13b, 14b für die LED-Module 13a, 14a mit aufgekanteten Enden
versehen werden können. Dadurch wird nicht nur die Wärmeübertragungsfläche, sondern
auch die Wärmeaufnahmekapazität der von den Trägerplatten 13b, 14b und den Halterungsplatten
15, 16 gebildeten Einheitsplatten 17 erhöht.
[0042] Der weitere Kernpunkt der Erfindung ist die wahlweise (Radiallüfter 41 oder Peltierelement
28) oder automatische Zuschaltung (Heat Pipe 30) einer zusätzlichen Kühleinrichtung.
Sämtliche zusätzlichen Kühleinrichtungen 28, 30, 41, die auch miteinander kombiniert
werden können, sowie die aufgekanteten Enden 18-23 von Halterungsplatten 15, 16 oder
Trägerplatten 13b, 14b können ohne weiteres bei jedem anderen Gehäuse ebenfalls Verwendung
finden. Aus diesem Grunde kommt es bei dieser Erfindung nicht auf die spezifische
Art oder die Montage des Gehäuses 2 der Vorrichtung 1 an.
Bezugszeichenliste:
[0043]
- Vorrichtung
- 1
- Gehäuse
- 2
- Rahmen des Gehäuses 2
- 2a
- Innenraum des Gehäuses 2
- 2b
- Rahmenseiten
- 3, 4, 5, 6
- Steckdosen
- 7, 8
- transparente Scheiben
- 9, 10
- Außenfläche der Scheiben 9, 10
- 9a, 10a
- Steuerrechner
- 11
- Netzteil
- 12
- LED-Anzeigen
- 13, 14
- LED-Module
- 13a, 14a
- Trägerplatten
- 13b, 14b
- Halterungsplatten
- 15, 16
- Einheitsplatte
- 17
- aufgekantete Enden
- 18-23
- Wärmeleitpaste
- 24
- Berippung
- 25
- Gewindebolzen
- 26
- Kühlseite
- 27
- Peltierelement
- 28
- Warmseite
- 29
- Heat Pipe
- 30
- Verdampferteil
- 31
- Kondensatorteil
- 32
- Plattenelement
- 33
- Wärmeübertragungsfläche
- 34
- Verschraubung
- 35
- Außengewinde
- 36
- Innengewinde
- 37
- Innenraum der Heat Pipe
- 38
- Pfeil
- 39
- Halterungstasche
- 40
- Radiallüfter
- 41
- Öffnung
- 42
- Gitter
- 43
- Vliesverbundstoff
- 44
- Doppelpfeil
- 45
- Graphik
- 46
- Gehäusebreite
- B
1. Vorrichtung mit dynamischer LED-Anzeige für den Außenoder Innenbereich mit einem Gehäuse
mit einem umlaufenden Metallrahmen sowie mit einseitiger oder beidseitiger LED-Anzeige
mit einem darin angeordneten Steuerrechner und Netzteil, wobei die LED-Dioden auf
einer Trägerplatte und der Steuerrechner und das Netzteil auf einer Halterungsplatte
angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (13b, 14b) und die Halterungsplatte (15, 16) aus Aluminium oder
Kupfer bestehen, die Halterungsplatte (15, 16) und/oder die Trägerplatte (13b, 14b)
mit mindestens einem aufgekanteten Ende (18-23) versehen ist und dieses aufgekantete
Ende (18-23) mit mindestens einer Seite (3-6) des gleichfalls aus Aluminium oder Kupfer
bestehenden Rahmens (2a) des Gehäuses (2) wärmeleitend gekoppelt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsplatte in zwei Halterungsplatten (15, 16) aufgeteilt ist, von denen
die eine (16) das Netzteil (12) und die andere (15) den Steuerrechner (11) trägt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der oder den Halterungsplatten (15, 16) die aus einer Aluminiumlegierung oder
Kupfer bestehenden Trägerplatten ( 13b, 14b) von LED-Modulen (13a, 14a) wärmeleitend
verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zweiseitigen LED-Anzeige (13, 14) die eine Trägerplatte (13b) mit der das
Netzteil (12) halternden Halterungsplatte (16) und die andere Trägerplatte (14b) mit
der den Steuerrechner (11) halternden Halterungsplatte (15) wärmeleitend verbunden
ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halterungsplatte (15, 16) und/oder jede Trägerplatte (13b, 14b) mit drei aufgekanteten
Enden (18-23) versehen ist und diese mit den drei zugeordneten Rahmenseiten (3-6)
des Rahmens (2a) des Gehäuses (2) über eine Wärmeleitpaste (24) oder ein Wärmeleitgel
wärmeübertragend gekoppelt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halterungsplatte (15, 16) mit der ihr zugeordneten Trägerplatte (13b, 14b) der
LED-Module (13a, 14a) über Schrauben (26) und Muttern (26a) zu einer Einheitsplatte
(17) wärmeleitend verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halterungsplatte (15, 16) und/oder Trägerplatte ( 13b, 14b) mit dem Verdampferteil
(31) von mindestens einer Heat Pipe (Kühlrohr) (30) wärmeleitend gekoppelt ist, dessen
Kondensatorteil (32) entweder ganz oder teilweise mit einer Rahmenseite (3) des Gehäuses
(2) und/oder mit einem durch diese Rahmenseite (3) geführtes beripptes Plattenelement
(33) mit großer Wärmeübertragungsfläche (34) wärmeleitend gekoppelt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Halterungsplatte (15, 16) und/oder Trägerplatte (13b, 14b) mit der Kühlseite
(27) mindestens eines Peltierelementes (28) verbunden ist, dessen Warmseite (29) mit
mindestens einer metallischen Rahmenseite (3-6) des Gehäuses (2) in wärmeleitender
Verbindung steht.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum des Gehäuses zwischen den Halterungsplatten (15, 16) ein Radiallüfter
(41) angeordnet ist und in an sich bekannter Weise der Rahmen (2a) an zwei gegenüberliegenden
Rahmenseiten (5, 6) mit mindestens einer Öffnung (42) versehen ist, die von einem
Vliesverbundstoff (44) wasserdicht, aber luftdurchlässig abgedeckt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Luftstrom des Radiallüfters (41) ausgesetzten Flächen der Halterungsplatte
(15, 16) und/oder der Trägerplatte (13b, 14b) mit zusätzlichen Rippen, Stiften, Plättchen
oder Haken zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche versehen sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr zum Peltierelement (28) und zum Radiallüfter (41) in Abhängigkeit
von der Temperatur im Innenraum (2b) des Gehäuses (2) von einem temperaturgesteuerten
Schalter zu- und abschaltbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgekanteten Enden (18-23) der Halterungsplatten (15, 16) und/oder der Trägerplatten
(13b, 14b) über eine Wärmeleitpaste (24) mit den metallischen Rahmenseiten (3-6) in
wärmeleitendem Kontakt stehen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche metallischen Rahmenseiten (3-6) an ihrer Außenseite zur Vergrößerung ihrer
Wärmeübertragungsfläche mit Rippen (25) versehen sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die LED-Module (13a, 14a) sowie ihre Steuerhalbleiter mittels einer wärmeleitenden,
doppelseitig klebenden Folie mit einer Platine auf aus Aluminium oder Kupfer bestehenden
Kühlkörpern befestigt sind, die über in letztere eingelassene und daran gehalterte
Gewindebolzen (26) eine Trägerplatte (13b, 14b) bilden, die mit der zugeordneten Halterungsplatte
(15 oder 16) zu einer kompakten Einheitsplatte (13b, 15; 14b, 16) verschraubt sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Trägerplatte ( 13b, 14b) und der Halterungsplatte (15, 16) eine wärmeleitende
Paste (24) oder ein Wärmeleitgel zur Erhöhung der Wärmeübertragung angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeflächen (13, 14) der LED-Module (13a, 14a) von transparenten Scheiben
(9, 10) aus Glas oder Acrylharz abgedeckt sind, die an ihrer Außenfläche (9a, 10a)
mit einem Zweikomponenten-Glaslack, einer aufgedampften Glaslackschicht oder mit einer
Glaslackfolie versehen sind.