RU2117213C1 - Lighting fixture reflector - Google Patents

Abstract

FIELD: lighting engineering. SUBSTANCE: reflector has working section and stiffening ribs; it is shaped from flat blank by longitudinal and transverse bending. Reflector is multilayer device; outer layer forms external safety enclosure of high mechanical stiffness; inner layer forms internal light-reflecting shell. Stiffening ribs may be internal or external, or both. Internal shell may be also made of several layers. External enclosure and internal shell may be additionally joined together. EFFECT: reduced consumption of expensive light-reflecting material. 4 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано в производстве светильников с круглосимметричными, симметричными и асимметричными отражателями. The invention relates to lighting engineering and can be used in the manufacture of luminaires with round-symmetric, symmetric and asymmetric reflectors.

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 значительной степени определяются физическими свойствами отражающей поверхности и конструктивно-технологическими параметрами отражателя. The reflector is an element of the luminaire, largely determining its technical, economic and functional characteristics: light distribution, efficiency, protective angle, technological cost, material consumption, etc. The cost of energy consumption in lighting installations is directly related to the lighting performance of luminaires, which are largely determined by physical the properties of the reflective surface and the structural and technological parameters of the reflector.

Как в отечественной, так и в зарубежной практике наибольшее распространение получили отражатели, изготовленные из листового алюминия или стали толщиной 1,0 - 2,5 мм. Both in domestic and in foreign practice, reflectors made of sheet aluminum or steel with a thickness of 1.0 - 2.5 mm are most widely used.

Отражатели из алюминия после формования, 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. After forming, aluminum reflectors are subjected to mechanical grinding, polishing, then electrochemical (or chemical) polishing, anodizing in order to obtain a protective layer and compacting the anode film, for example, with liquid glass, to obtain a surface with a high reflection coefficient.

Стальные отражатели, как правило, после формовки красят, эмалируют, напыляют отражающим слоем. Steel reflectors, as a rule, are painted, enameled, sprayed with a reflective layer after molding.

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 [1]. Отражатели указанных светильников изготовляются широко известными в машиностроении методами: глубокой штамповкой и ротационного выдавливания. An example of luminaires with reflectors of this class are luminaires with incandescent lamps and high-pressure discharge lamps of the NSP, RSP, GSP, ZhSP series of the Ardatov Lighting Engineering Plant [1]. Reflectors of these luminaires are manufactured by methods widely known in mechanical engineering: deep stamping and rotational extrusion.

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 материала заготовки как в объеме, так и по поверхности. Так при наиболее прогрессивном и широко применяемом в настоящее время ротационном выдавливании [2 и 3] утонение исходной заготовки в ходе выдавливания происходит по закону синуса S = S₀sin α , где S₀ - толщина детали исходной заготовки, S - толщина детали в данном сечении и α - угол проецирования элемента заготовки на давильный патрон в соответствующем сечении.Both methods are based on plastic deformation of the material, as a result of which the initial flat billet is transformed into a closed spatial structure. The process of obtaining such parts is accompanied by a change in the structure of the workpiece material both in volume and on the surface. So, with the most progressive and widely used rotational extrusion [2 and 3], the initial workpiece is thinned during extrusion according to the sine law S = S ₀ sin α, where S ₀ is the thickness of the part of the initial workpiece, S is the thickness of the part in this section and α is the angle of projection of the workpiece element onto the pressure chuck in the corresponding section.

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. The thickness of the reflector over the cross section will not be the same, moreover, it will be less in the lower, most critical part of the reflector, the most prone to mechanical stress during transportation and operation. This can be seen in the example of the reflector of the RSP lamp indicated above, whose thickness in the upper part is 1.5 mm and in the lower part 0.35 - 0.4 mm. All layers in the cross section of the reflector are subjected to great deformation.

Существуют методы, позволяющие уменьшить влияние указанного свойства ротационного выдавливания: предварительная формовка заготовки (штамповкой), многокопирное выдавливание и т.д. There are methods to reduce the influence of the indicated property of rotational extrusion: preliminary molding of the workpiece (stamping), multi-extrusion extrusion, etc.

Однако все они приводят к увеличению трудоемкости и не решают проблемы снижения высокой материалоемкости. However, all of them lead to an increase in labor intensity and do not solve the problem of reducing high material consumption.

Для отражателей симметричной формы основной метод изготовления - вытяжка с деформацией растяжения, что требует достаточно большой толщины исходной заготовки и вызывает необходимость многооперационной технологии изготовления. For reflectors of a symmetrical shape, the main manufacturing method is a hood with tensile strain, which requires a sufficiently large thickness of the initial workpiece and necessitates a multi-operation manufacturing technology.

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. Obtaining a high-quality reflective surface after molding the reflector using the methods described above is expensive, which dramatically increases their cost and reduces their applicability, despite obvious advantages in terms of lighting parameters.

Имеются технические решения, позволяющие в частных случаях устранить либо уменьшить влияние отмеченных недостатков. There are technical solutions that allow, in special cases, to eliminate or reduce the impact of these shortcomings.

Известен отражатель [4] , 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. Known reflector [4], containing a frame of bearing ribs with grooves, a cover of film material and means for attaching the cover to the frame, made in the form of spring plates, rings and magnets inserted in the grooves of the ribs.

Конструктивное использование отражателя частично решает проблему снижения материалоемкости за счет применения пленочного материала. The constructive use of the reflector partially solves the problem of reducing material consumption through the use of film material.

Данной конструкции присущи и недостатки, не позволяющие широко применять пленочный отражатель: многоэлементность конструкции, сложность технологии производства, связанная с изготовлением различных магнитов, замков, колец и др. элементов, а главное ограниченность применения. Данный отражатель не может использоваться в помещениях с тяжелыми условиями среды, связанными с различными вибрациями, горячими воздушными потоками и т.д., где использование пленки не может удовлетворить требованиям условий эксплуатации. This design has inherent disadvantages that do not allow the widespread use of a film reflector: multi-element design, the complexity of production technology associated with the manufacture of various magnets, locks, rings and other elements, and most importantly limited application. This reflector cannot be used in rooms with severe environmental conditions associated with various vibrations, hot air currents, etc., where the use of the film cannot satisfy the requirements of the operating conditions.

Известен отражатель светильника [5], содержащий фацеты, обойму, на которой с помощью шарниров закреплены указанные фацеты, и механизм вращения со схемой регулирования скорости, соединенной с обоймой. Known reflector of the lamp [5], containing facets, a holder on which these facets are fixed using hinges, and a rotation mechanism with a speed control circuit connected to the holder.

По сравнению с известными фацетными отражателями, отдельные полосы-фацеты которых неразъемно соединены друг с другом, данный отражатель позволяет изменять распределение света. Compared with the known facet reflectors, the individual facet strips of which are permanently connected to each other, this reflector allows you to change the distribution of light.

К основным недостаткам указанного отражателя следует отнести сложность конструкции, многоэлементность, большую трудоемкость в изготовлении и в сборке и высокую материалоемкость. В связи с тем, что фацеты соединены с вращающейся обоймой шарнирно и не имеют между собой жесткого соединения (являются свободно провисающими лепестками), следовательно ни о какой жесткости конструкции здесь не может быть речи. Технология изготовления многооперационна. Требует много различной оснастки. Жесткость отдельных фацет обеспечивается применением материала большой толщины. The main disadvantages of this reflector include the complexity of the design, multi-element, great complexity in the manufacture and assembly and high material consumption. Due to the fact that the facets are pivotally connected to the rotating holder and do not have a rigid connection between them (they are freely sagging petals), therefore, there can be no talk of any rigidity of the structure. The manufacturing technology is multioperational. It requires a lot of different equipment. The rigidity of the individual facets is ensured by the use of material of large thickness.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является отражатель светильника [6], который выполнен в виде фацет, из цельного и тонкого материала такой толщины, которая получается у современных отражателей в нижней, наиболее деформированной (растянутой) его части. Closest to the proposed technical solution is the reflector of the lamp [6], which is made in the form of a facet, from solid and thin material of such thickness that is obtained from modern reflectors in the lower, most deformed (stretched) part of it.

Исходный материал - плоская заготовка, формуется по форме профиля отражателя методом двойного изгиба (в поперечной и продольной плоскостях). Вначале деформируемая заготовка принимает зигзагообразную замкнутую вокруг вертикальной оси форму, напоминающую "меха гармони", но 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. The source material is a flat billet, formed according to the shape of the reflector profile by double bending (in the transverse and longitudinal planes). Initially, the deformable workpiece takes a zigzag shape closed around a vertical axis, resembling a “fur of harmony”, but with wide troughs between the protrusions with a variable height. With further molding, the resulting excess material is completely pulled into the meridional stiffeners, which are a double workpiece material.

Для придания отражателю большей формоустойчивости и жесткости его отдельные участки-фацеты через свои ребра закрепляются между собой одним из известных способов (сваркой, отгибкой, склеиванием и т.д.). To give the reflector greater shape stability and rigidity, its individual sections-facets are fixed between themselves by one of the known methods (welding, folding, gluing, etc.).

Ребра жесткости, полученные в ходе операции гибки отдельных участков-фацет, обеспечивают защиту тонкостенного рабочего профиля отражателя от механических повреждений. The stiffeners obtained during the bending operation of individual bevel sections protect the thin-walled working profile of the reflector from mechanical damage.

Обеспечение формовки отражателя методом продольно-поперечной гибки, конструкция ребер, соотношение их 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_r - 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_p - радиус внутренней окружности профиля отражателя в сечении, перпендикулярном оптической оси.Providing molding of the reflector by the method of longitudinal-transverse bending, the design of the ribs, the ratio of their sizes and quantity are determined from the condition

Where
h is the height of the ribs in the calculated point of the profile, determined by the distance from the point on the working profile to the corresponding point on the edge, equidistant from the starting point on the profile;
N is the number of ribs;
R _r is the radius of the starting point of the working profile at the upper starting point (neck radius);
L is the length of the arc of the working profile and the corresponding stiffeners equally spaced from the starting point of the profile;
R _p is the radius of the inner circle of the profile of the reflector in a section perpendicular to the optical axis.

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

где
L_о - длина образующей рабочего профиля отражателя;
R_о - диаметр отражателя по нижнему срезу рабочего профиля.For the lower (largest in diameter) slice of the reflector, the maximum height h _max is determined from the condition

Where
L _about - the length of the generatrix of the working profile of the reflector;
R _about - the diameter of the reflector along the lower cut of the working profile.

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 светоотражающих материалов, обеспечивающих коэффициент отражения до 95%, за счет чего КПД светильника увеличился на 16,5%, а в ряде конструкций - до 35% [7]. This solution allows to reduce the consumption of material by a reflector 2–3 times, to use in its manufacture material with a previously applied reflective (including a mirror) coating, without compromising its quality during molding. Work aimed at improving the efficiency of energy use for lighting, has led to the creation of a number of new reflective materials providing a reflectivity of up to 95%, due to which the efficiency of the lamp increased by 16.5%, and in some designs up to 35% [7] .

Однако ввиду дороговизны новых материалов применение их в традиционных конструкциях при известных технологических процессах переработки в готовые изделия на сегодняшний день экономически неоправданно. However, due to the high cost of new materials, their use in traditional designs with well-known technological processes of processing into finished products is economically unjustified today.

Предлагаемая конструкция отражателя позволяет на порядок снизить расход дорогостоящего светоотражающего материала. Отражатель выполняется не из одной, а из нескольких одновременно формуемых заготовок, наложенных одна на другую. Внешняя заготовка выполнена из конструкционного материала, из нее образуется внешняя несущая оболочка отражателя, главная функция этой оболочки - обеспечение жесткости конструкции и защита внутренней оболочки от механических воздействий. Внутренняя заготовка с высоким коэффициентом отражения берется в тонком слое, из нее после формовки образуется внутренняя оболочка отражателя, главной целью которой является обеспечение требуемого светораспределения светового прибора при высоком коэффициенте полезного действия. Сама по себе внутренняя оболочка не имеет достаточной жесткости для самостоятельного применения. Внутренняя оболочка в зависимости от конкретных светотехнических требований может состоять из нескольких тонких светоотражающих и светопреломляющих слоев - на уровне пленок, при этом верхний слой имеет высокую антикоррозионную стойкость. The proposed design of the reflector allows an order of magnitude to reduce the consumption of expensive reflective material. The reflector is not made from one, but from several simultaneously formed blanks superimposed on one another. The external blank is made of structural material, the external supporting shell of the reflector is formed from it, the main function of this shell is to ensure structural rigidity and protect the inner shell from mechanical stress. The inner billet with a high reflectance is taken in a thin layer, from it after molding the inner shell of the reflector is formed, the main purpose of which is to provide the required light distribution of the light device with a high efficiency. The inner shell itself does not have sufficient rigidity for independent use. The inner shell, depending on the specific lighting requirements, can consist of several thin reflective and light-refracting layers - at the level of the films, while the top layer has a high corrosion resistance.

Внутренняя оболочка отражателя может обеспечивать как симметричное, так и несимметричное светораспределение. Несимметричное светораспределение обеспечивается различными светотехническими характеристиками элементов (секторов, зон) внутренней оболочки 8, участвующими в формировании распределения силы света в соответствующем меридиональном сечении фотометрического тела светового прибора. Требуемые светотехнические характеристики участков внутренней оболочки формируются подбором соответствующих слоев в развертке - на заготовке, при этом каждой точке (A) отражателя ставится в соответствие точка (A₁) на его заготовке. Положение точек соответствия на отражателе и исходной заготовке определяется выражением
l₃ = R_r + L₀,
где
l₃ - расстояние точки на отражающей поверхности заготовки с заданными светотехническими характеристиками до условного центра (оси), вокруг которого(ой) происходит его формование;
R_r - радиус горловины отражателя (при наличии в конструкции горловины);
L₀ - длина дуги в сечении профиля отражателя от начальной до текущей точки с заданными светотехническими характеристиками.The inner shell of the reflector can provide both symmetric and asymmetric light distribution. Asymmetric light distribution is provided by various lighting characteristics of the elements (sectors, zones) of the inner shell 8, participating in the formation of the distribution of light intensity in the corresponding meridional section of the photometric body of the light device. The required lighting characteristics of the sections of the inner shell are formed by selecting the appropriate layers in the scan - on the workpiece, with each point (A) of the reflector is associated with a point (A ₁ ) on its workpiece. The position of the correspondence points on the reflector and the initial workpiece is determined by the expression
l ₃ = R _r + L ₀ ,
Where
l ₃ is the distance of the point on the reflective surface of the workpiece with the given lighting characteristics to the conditional center (axis) around which it is formed;
R _r is the radius of the throat of the reflector (if there is a neck in the design);
L ₀ - the length of the arc in the cross section of the profile of the reflector from the initial to the current point with specified lighting characteristics.

На фиг. 1 изображен отражатель, который содержит горловину 1, рабочие участки (фацеты) 2 и ребра 3 жесткости переменной высоты, представляющие собой сдвоенный материал всех слоев, образующих наружную 7 и внутреннюю 8 оболочки при их взаимном сближении в процессе продольно-поперечной гибки, при необходимости уменьшения общих габаритов отражателя ребра жесткости изготовляются внутрь оболочки либо комбинируются с учетом конкретных требований; на фиг. 2 и 3 - отражатель с внутренними ребрами жесткости; на фиг. 4 и 5 - отражатель с комбинированным расположением ребер; на фиг. 6 - 9 показаны примеры вариантов возможных сочетаний участков поверхности заготовок отражателей и соответственно отражателей (I - участки с зеркальным отражением, II - участки с диффузным отражением). In FIG. 1 shows a reflector that contains a neck 1, working sections (facets) 2 and stiffening ribs 3 of variable height, which are the double material of all layers forming the outer 7 and inner 8 shells when they come together in the process of longitudinal-transverse bending, if necessary, reduce total dimensions of the reflector stiffeners are made inside the shell or are combined according to specific requirements; in FIG. 2 and 3 - reflector with internal stiffeners; in FIG. 4 and 5 - reflector with a combined arrangement of ribs; in FIG. Figures 6 - 9 show examples of options for possible combinations of the surface areas of the baffles of reflectors and, accordingly, reflectors (I - sections with specular reflection, II - sections with diffuse reflection).

Формование различных по форме отражателей происходит следующим образом. Formation of various shapes of reflectors is as follows.

Из листа или ленты вырезаются заготовки 5 и 6 соответственно для внешней и внутренней(их) оболочки(ек). Заготовки укладываются друг на друга в нужной последовательности в пакет 4. Затем в данном пакете они формуются вместе. Исходный пакет 4 заготовок формуется по форме отражателя методом двойного изгиба в поперечной и продольной плоскостях, что обеспечивает минимальную деформацию пластического растяжения, не нарушающую светотехнических и защитных свойств внутренней оболочки и придающую целостность и большую жесткость многослойной конструкции отражателя. Billets 5 and 6 are cut from a sheet or tape, respectively, for the outer and inner (their) shell (s). The blanks are stacked on top of each other in the desired sequence in package 4. Then, in this package, they are molded together. The initial package of 4 blanks is molded according to the shape of the reflector by double bending in the transverse and longitudinal planes, which ensures minimal plastic tensile strain that does not violate the lighting and protective properties of the inner shell and gives integrity and greater rigidity to the multilayer reflector structure.

Излишки материала многослойного пакета заготовок полностью перетягиваются в меридиональные ребра жесткости, плотно обжимаются и скрепляют многослойный пакет в единое целое. Surplus material of a multilayer package of blanks is completely pulled into the meridional stiffening ribs, tightly crimped and fastens the multilayer package into a single unit.

При работе готового изделия в особо жестких - экстремальных условиях по условиям механической прочности отдельные слои пакета могут быть дополнительно соединены друг с другом одним из известных способов, например склейкой, сваркой и т.д. When the finished product is working in particularly harsh - extreme conditions under the conditions of mechanical strength, the individual layers of the package can be additionally connected to each other using one of the known methods, for example, gluing, welding, etc.

Claims (4)

1. Отражатель светильника, включающий горловину, фацеты и ребра жесткости, образующие рабочий профиль, отформованный из плоской заготовки методом продольно-поперечной гибки, отличающийся тем, что он выполнен многослойным, при этом наружный слой образует внешнюю защитную оболочку, обеспечивающую повышенную механическую жесткость и формоустойчивость всей конструкции, внутренний слой образует внутреннюю оболочку, обеспечивающую заданные светотехнические характеристики светового прибора и защиту отражающего слоя от вредного воздействия окружающей среды, при этом положение соответствующих друг другу точек на отражателе и заготовке находятся в зависимости
l₃ = R_г + L_о,
где l₃ - расстояние точки на отражающей поверхности заготовки до оси отражателя, вокруг которой происходит его формование и положение которой в ходе формования отражателя не меняется;
R_г - радиус горловины;
L_о - длина дуги рабочего профиля, считая от горловины до заданной точки на рабочей поверхности готового отражателя.1. The reflector of the lamp, including the neck, facets and stiffeners, forming a working profile, molded from a flat workpiece by the method of longitudinal-transverse bending, characterized in that it is multilayer, while the outer layer forms an external protective shell, providing increased mechanical rigidity and form stability of the entire structure, the inner layer forms the inner shell that provides the specified lighting characteristics of the light device and protects the reflective layer from harmful effects I environment, wherein the position of the points corresponding to each other on the reflector and the workpiece are dependent
l ₃ = R _g + L _o ,
where l ₃ is the distance of a point on the reflective surface of the workpiece to the axis of the reflector, around which it is molded and whose position does not change during the formation of the reflector;
R _g is the radius of the neck;
L _about - the length of the arc of the working profile, counting from the neck to a given point on the working surface of the finished reflector. 2. Отражатель по п.1, отличающийся тем, чтоб ребра жесткости выполнены наружу конструкции, внутрь или комбинированно, одна часть - внутрь, другая - наружу. 2. The reflector according to claim 1, characterized in that the stiffeners are made outward of the structure, inward or in combination, one part inward and the other outward. 3. Отражатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что внутренняя оболочка выполнена многослойной. 3. The reflector according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the inner shell is multilayer. 4. Отражатель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что внешняя и внутренняя оболочки дополнительно соединены. 4. The reflector according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the outer and inner shells are additionally connected.

Images