ОТРАЖАТЕЛЬ СВЕТИЛЬНИКА Российский патент 1999 года по МПК F21V7/00 

Предлагаемое изобретение относится к области светотехники и может быть использовано в производстве светильников с круглосимметричными, симметричными и асимметричными отражателями.

Отражатель является элементом светильника в значительной степени определяющим его технико-экономические и функциональные характеристики: светораспределение, КПД, защитный угол, технологическую себестоимость, материалоемкость и др. Затраты на энергопотребление в осветительных установках напрямую связаны со светотехническими показателями светильников, которые, в свою очередь, в значительной степени определяются физическими свойствами отражающей поверхности и конструктивно-технологическими параметрам отражателя.

Как в отечественной, так и в зарубежной практике наибольшее распространение получили отражатели, изготовленные из листового алюминия или стали толщиной 1,0 - 2,5 мм.

Отражатели из алюминия после формирования, для получения поверхности с высоким коэффициентом отражения, подвергают в готовом виде операциям механической шлифовки, полировки, затем электрохимической (или химической) полировки, анодированию для получения защитного слоя и уплотнению анодной пленки, например, жидким стеклом.

Стальные отражатели, как правило, после формовки красят, эмалируют, напыляют отражающим слоем.

Примером светильников с отражателями такого класса являются светильники с лампами накаливания и разрядными лампами высокого давления серий НСП, РСП, ГСП, ЖСП производства Ардатовского светотехнического завода [5]. Отражатели указанных светильников изготовляются широко известными в машиностроении методами: глубокой штамповкой и ротационным выдавливанием.

Оба метода основаны на пластической деформации материала, в результате которой исходная плоская заготовка переформовывается в замкнутую пространственную конструкцию. Процесс такого получения деталей сопровождается изменением структуры материалы заготовки как в объеме, так и по поверхности.

Так, при наиболее прогрессивном и широко применяемом в настоящее время ротационном выдавливании [4, 7], утонение исходной заготовки в ходе выдавливания происходит по закону синуса
S = S₀•sinα,
где
S₀ - толщина детали исходной заготовки;
S - толщина детали в данном сечении;
α - угол проецирования элемента заготовки на давильный патрон в соответствующем сечении.

Толщина отражателя по сечению будет не одинакова, причем будет меньше в нижней, наиболее ответственной части отражателя, наиболее подверженной механическим воздействиям при транспортировке и эксплуатации. Это видно на примере отражателя светильника РСП, указанного выше, толщина которого в верхней части 1,5 мм, а в нижней - 0,35-0,4 мм. Все слои в сечении отражателя подвергаются большой деформации.

Существуют методы, позволяющие уменьшить влияние указанного свойства ротационного выдавливания - предварительная формовка заготовки (штамповкой), многокопирное выдавливание, выдавливание по заданной программе на станках с ЧПУ.

Однако все они приводят к увеличению трудоемкости и не решают проблемы снижения высокой материалоемкости.

Для отражателей симметричной формы, основной метод изготовления - вытяжка с деформацией растяжения, что требует достаточно большой толщины исходной заготовки и вызывает необходимость многооперационной технологии изготовления.

Получение отражающей поверхности высокого качества после формования отражателя описанными выше методами требует больших затрат, что резко повышает их стоимость и сокращает их применяемость, несмотря на очевидные преимущества в части светотехнических параметров.

Имеются технические решения, позволяющие в частных случаях устранить, либо уменьшить влияние отмеченных недостатков.

Известен отражатель, содержащий каркас из несущих ребер с пазами, чехол из пленочного материала и средство крепления чехла к каркасу, выполненное в виде пружинящих пластин, колец и магнитов, вставленных в пазы ребер [3].

Конструктивное использование отражателя по а.с. N 559066 частично решает проблему снижения материалоемкости, за счет применения пленочного материала, тем не менее, данной конструкции присущи и недостатки, не позволяющие широко применить пленочный отражатель. Во-первых, многоэлементность конструкции, сложность технологии производства, связанной с изготовлением различных магнитов, замков, колец и др. элементов, а главное, ограниченность применения. Данный отражатель не может использоваться в помещениях с тяжелыми условиями среды, связанных с различными вибрациями, горячими воздушными потоками и т. д., где использование пленки не может удовлетворить требованиям условий эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является изобретение по патенту [1].

Отражатель светильника выполнен в виде фацет, из цельного и тонкого материала такой толщины, которая получается у современных отражателей в нижней, наиболее деформированной (растянутой) его части.

Исходный материал - плоская заготовка формируется по форме профиля отражателя методом двойного изгиба (в поперечной и продольной плоскости). Вначале деформируемая заготовка принимает зигзагообразную замкнутую вокруг вертикальной оси форму, напоминающую "меха гармони", что с широкими впадинами между выступами с переменной их высотой. При дальнейшем формовании, образующиеся излишки материала полностью перетягиваются в меридиональные ребра жесткости, представляющие собой сдвоенный материал заготовки.

Для придания отражателю большей формоустойчивости и жесткости, его отдельные участки-фацеты, через ребра, закрепляются между собой одним из известных способов (сваркой), отгибкой, склеиванием и т.д.).

Ребра жесткости, полученные в ходе операции гибки отдельных участков-фацет, обеспечивают защиту тонкостенного рабочего профиля отражателя от механических повреждений.

Обеспечение формовки отражателя методом продольно-поперечной гибки, конструкция ребер, соотношение из размеров и количество, определяются из условия

где
h - высота ребра в расчетной точке профиля, определяемая расстоянием от точки на рабочем профиле, до соответствующей точки на ребре, равноотстающих от начальной точки на профиле;
N - количество ребер;
R_г - радиус начальной точки рабочего профиля в верхней начальной точке (радиус горловины);
L - длина дуги рабочего профиля и соответствующего ребра жесткости, равноотстоящих от начальной точки профиля;
R_р - радиус внутренней окружности профиля отражателя и сечении, перпендикулярном оптической оси.

Для нижнего (наибольшего по диаметру) среза отражателя максимальная высота h_max определяется из условия:

где
L₀ - длина образующей рабочего профиля отражателя;
R₀ - диаметр отражателя, по нижнему срезу рабочего профиля.

Данное решение позволяет в 2-3 раза снизить расход материала на отражатель, использовать при его изготовлении материал с предварительно нанесенным светоотражающим (в т.ч. зеркальным) покрытием, без нарушения его качества в процессе формования. Работы, направленные на повышение эффективности использования электроэнергии на цели освещения, привели к созданию ряда новых светооотражающих материалов, обеспечивающих коэффициент отражения до 95%, за счет чего КПД светильника увеличился на 16,5%, а в ряде конструкций - до 35% [6].

Однако ввиду дороговизны новых материалов, применение их в традиционных конструкциях при известных технологических процессах переработки в готовые изделия на сегодняшний день экономически неоправданно. Ресурс работы внутренней отражающей поверхности отражателя весьма ограничен.

Предлагаемая конструкция отражателя позволяет на порядок снизить расход дорогостоящего светоотражающего материала, сделать технически возможной и экономически целесообразной периодическую замену светоотражающей поверхности отражателя, что позволяет восстановить первоначальные светотехнические характеристики изделия.

На фиг. 1 и 2 изображен отражатель в сборе. Он состоит из наружной оболочки 1, внутренней оболочки 2 и распорного кольца 3.

Внешняя оболочка 1 фиг. 1 - 3 и 5 выполнена из жесткого, относительно более дешевого материала, чем внутренняя оболочка. Она обеспечивает формоустойчивость для внутренней оболочки и защиту от механических повреждений.

Внутренняя оболочка 2 фиг. 1 и 2, 4, 6 и 7 изготовлена из материала с заданными светотехническими характеристиками. Главное назначение внутренней оболочки обеспечить заданное светораспределение светового прибора в целом.

Распорное кольцо 3 фиг. 1, 2, 8 выполнено из упругого материала, например, пружинной проволоки, ленты и т.д. Наружные размеры распорного кольца в свободном состоянии превышают размеры его после установки, благодаря чему обеспечивается постоянное давление со стороны кольца на внутреннюю оболочку и прижатие ее по периметру к внешней оболочке.

Конструктивно внутренняя и внешняя оболочки выполнены аналогично. Каждая из них содержит горловину 4, рабочие участки (фацеты) 5, меридиональные ребра жесткости 6 переменной высоты, представляющие собой сдвоенный материал заготовки и поперечное кольцеобразное ребро жесткости 7, выполненное по нижнему контуру отражателя, ребра жесткости выполнены так, что выступающая (внешняя) часть ребра внутренней оболочки входит во впадину (внутрь) ребра внешней оболочки.

Меридиональные ребра жесткости внутренней оболочки представляют собой плотно прижатый сдвоенный материал заготовки. Ответные, расположенные с тем же шагом, меридиональные ребра жесткости внешней оболочки выполнены с зазором между внутренними стенками, равным общей толщине меридиональных ребер жесткости внутренней оболочки.

Контуры внутренней и внешней оболочек обеспечивают их полное совпадение при вставлении одной оболочки в другую. Распорное кольцо 3 фиг. 1 и 2, 8 выполнено с зазором между концевыми элементами 8 фиг. 8, благодаря чему обеспечивается возможность быстрой установки или снятия его путем сжатия за свободные концы. Сборка отражателя осуществляется в следующей последовательности. Внутренняя оболочка своими меридиональными ребрами совмещается с ответными меридиональными ребрами внешней оболочки. Осевым движением оболочки совмещаются, при этом за счет упругих свойств оболочек кольцевые ребра жесткости входят одно в другое и удерживают оболочки друг относительно друга. Распорное кольцо за свои концы сжимается и вводится в кольцевую канавку с внутренней стороны. После отпускания распорного кольца, оно за счет упругих сил разжимается, прижимает внутреннюю оболочку к внешней и дополнительно увеличивает жесткость фацет отражателя.

Отражатель светильника, состоящий из внешней и внутренней оболочек, включающий рабочий профиль и ребра жесткости, отформован из плоских заготовок методом продольно-поперечной гибки. Отличительная особенность отражателя в том, что он выполнен разъемным, имеет кроме меридиональных как минимум, одно ребро жесткости вдоль нижней кромки отражателя. Оболочки (0) фиксируются за счет упругих сил материала их образующих при вставлении оболочек друг в друга. При работе в экстремальных условиях в углубления ребра жесткости 0 с внутренней стороны по всему периметру вставлено распорное кольцо из упругого материала. Распорное кольцо установлено с возможностью быстрой установки и съема. Технический, результат - повышение экономичности и улучшение светотехнических характеристик. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Отражатель светильника, содержащий рабочий профиль, включающий в себя меридиональные ребра жесткости, отформованный из плоских заготовок методом продольно-поперечной гибки, отличающийся тем, что он выполнен разъемным и включает как минимум две оболочки: наружную, которая придает необходимую механическую жесткость, и внутреннюю, которая обеспечивает заданные светотехнические характеристики светильника, причем оболочки соединены друг с другом быстроразъемным способом, наружный контур внутренней оболочки соответствует внутреннему контуру внешней оболочки, меридиональные ребра жесткости наружной оболочки выполнены с зазором между внутренними стенками, равным толщине ребра внутренней оболочки, так что ребра жесткости внутренней оболочки входят в соответствующие им ребра жесткости внешней оболочки, в нижней части отражателя по всему периметру выполнено кольцевое ребро жесткости, причем кольцевое ребро жесткости внутренней оболочки своей выступающей частью входит во впадину кольцевого ребра жесткости внешней оболочки и за счет сил упругости фиксирует внутреннюю оболочку во внешней, создавая единую конструкцию отражателя. 2. Отражатель по п.1, отличающийся тем, что кольцевое ребро жесткости выполнено с внутренней канавкой, в которой с натягом установлено быстросъемное упругое распорное кольцо, обеспечивающее дополнительную фиксацию оболочек и придающее устойчивость конструкции при работе в условиях вибрации и других механических воздействиях.