СВЕТОФИЛЬТР-ЛИНЗА ДЛЯ КАРЛИКОВЫХ, МАЧТОВЫХ И КОНСОЛЬНЫХ СВЕТОФОРОВ

Полезная модель относится к оптическим элементам, предназначенным для использования в железнодорожных светофорах и в других аналогичных светосигнальных устройствах, для обеспечения светораспределения в соответствии с действующим стандартом на элементы оптические для световых сигнальных приборов железнодорожного транспорта, а конкретно, к светофильтр-линзам СЛ-139.
В линзовых комплектах мачтовых и карликовых линзовых светофоров в качестве внутренних линз применяются светофильтры-линзы типа СЛ диаметром 139 мм (ГОСТ Р 53784-2010 Элементы оптические для световых сигнальных приборов железнодорожного транспорта. Технические условия) [1].
Светофильтр-линза представляет собой оптическую систему с заданной диаграммой направленности светового излучения, конкретно - линзу Френеля
Линза Френеля - сложная составная линза. Состоит из отдельных примыкающих друг к другу концентрических колец небольшой толщины, которые в сечении имеют форму призм специального профиля. Эта конструкция обеспечивает малую толщину (а следовательно, и вес) линзе Френеля. Сечения колец у линзы строятся таким образом, что лучи от точечного источника, помещенного в фокусе линзы, после преломления в кольцах выходят практически параллельным пучком (в кольцевых линзах Френеля). (Википедия).
Светофильтры и светофильтры-линзы пяти различных цветов: красный, желтый, зеленый, синий, лунно-белый согласно ГОСТ Р 53784-2010 (см. рисунок 14 - График цветностей светофильтров и светофильтров-линз; таблица 13 Цвет светофильтра или сфетофильтр-линзы) изготавливают из силикатного цветного стекла (см. п.5.2.2. ГОСТ Р 53784-2010). Стеклянные линзы сложны в изготовлении, кроме того, они не обладают прочностью к удару, что влечет потери как до установки линз на объектах: при транспортировке и хранении, так и в связи с вандализмом на железных дорогах.
Задачу изготовления оптических элементов, обладающих вандалоустойчивостью, решают за счет изготовления оптических элементов из оптического поликарбоната. Известно выполнение наружных линз в оптических элементах для мачтовых и консольных светофоров из прозрачного поликарбоната.
Известен патент на полезную модель №34129 [2] светофор железнодорожный, в том числе мачтовый, консольный, на мостиках, включающий в себя светофорную головку с линзовым комплектом, содержащим внутреннюю линзу-светофильтр и наружную бесцветную линзу, в котором, по меньшей мере, наружная линза выполнена из ударопрочной оптической пластмассы, преимущественно из поликарбоната.
Известен патент на полезную модель №86159 [3] комплект линзовый универсальный головки железнодорожного светофора, в котором наружная бесцветная линза выполнена из ударопрочного оптического материала поликарбоната, марки «Макролон» 2807, а внутренняя линза-светофильтр выполнена стеклянной.
Известен патент на полезную модель №33916 [4] Светофор железнодорожный карликовый, в котором наружная оптическая линза выполнена из ударопрочного оптического материала, поликарбоната.
Из открытых источников в сети Интернет (http://www.rosat.org/content/view/24/26/) [7] на сайте ЗАО НПО «РоСАТ» (г.Армавир) известны наружные линзы, изготовленные из оптического прозрачного ударопрочного поликарбоната марки «Макролон» фирмы «Байер», предназначены для установки в линзовые комплекты мачтовых и карликовых светофоров.
Наружные линзы, выполненные из поликарбоната обеспечивают защиту от механического разрушения. Однако они не обладают достаточной стойкостью к УФ-излучению, не защищают от фотодеградации (выцветания), не являются абразивостойкими.
По статистике в России в эксплуатации находится по крайней мере 750000 трехзначных железнодорожных светофоров, поэтому актуальной становится задача изготовления оптических элементов, обладающих не только вандалоустойчивостью, но и повышенной устойчивостью к неблагоприятным условиям транспортировки, хранения и эксплуатации.
Из открытых источников не выявлены сведения о светофильтр-линзах, выполненных из цветного оптического поликарбоната.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является светофильтр-линза СЛ 139 по ГОСТ Р 53784-2010, рис.5, таблица 5 [1]. Приложение 1.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение эксплуатационных качеств светофильтр-линз для карликовых, мачтовых и консольных светофоров, а именно: повышение прочности, повышение стойкости к УФ-излучению, повышение стойкости к фотодеградации, абразивостойкости при обеспечении нормативных значений силы света.
Другим техническим результатом является уменьшение массы светофильтр-линзы.
Указанный технический результат достигается тем, что в светофильтр-линзе для карликовых, мачтовых и консольных светофоров, представляющей собой линзу Френеля и выполненной из цветного оптического материала, согласно полезной модели в качестве материала использован цветной оптический поликарбонат, при этом светофильтр-линза снабжена твердым покрытием.
При этом использован цветной оптический поликарбонат марки «Макролон».
При этом покрытие выполнено силиконовым.
При этом покрытие состоит, по крайней мере, из двух слоев.
1
2
При этом первый слой покрытия выполнен с толщиной b от 2-х до 4-х микрон, второй слой покрытия выполнен с толщиной b от 4-х до 8-ми микрон.
Полезная модель поясняется фигурой 1.
Фиг.1. Схема поперечного сечения заявляемой светофильтр-линзы.
Светофильтр-линза для карликовых, мачтовых и консольных светофоров (фиг.1) представляет собой линзу Френеля 1. Это сложная составная линза, которая состоит из отдельных примыкающих друг к другу концентрических колец небольшой толщины, в сечении имеющих форму призм специального профиля. Такая конструкция обеспечивает малую толщину. Заявляемая светофильтр-линза 1 выполнена из цветного оптического поликарбоната.
Как было описано выше, ГОСТ Р 53784-2010 предусматривает светофильтр-линзы пяти различных цветов: красный, желтый, зеленый, синий, лунно-белый (см. рисунок 14 - График цветностей светофильтров и светофильтров -линз; таблица 13 - Цвет светофильтра или светофильтр-линзы). При этом ГОСТ устанавливает определенные технические требования к светофильтр-линзам типа СЛ, выполненным из стекла:
Технические требования к светофильтр-линзам СЛ из стекла
Таблица 1.
Цвет светофильтр-линз
Осевая сила света, кд, не менее
Термостойкость, °С
Красный
550
Перепады температур
Желтый
1700
Зеленый
900
от 20°С до 80°С
Синий
80
и
Лунно-белый
1400
от 80°С до 20°С
Цветной оптический поликарбонат, например, марки «Макролон» фирмы «Байер», удовлетворяет этим требованиям, т.к. обладает высокой термоформоустойчивостью.
Оптические элементы из оптической пластмассы согласно п.6.1.15 ГОСТ Р 53784-2010 должны выдерживать воздействия следующих внешних факторов:
- перепада температуры от -60°С до +65°С;
- солнечного излучения;
- динамической абразивной пыли.
Требуемый диапазон перепада температур (от -60°С до +65°С) выдерживает цветной оптический поликарбонат, например, марки «Макролон» фирмы «Байер»: диапазон температур которого колеблется от -40°С до +120°С, при этом физико-механические свойства монолитного поликарбоната изменяются незначительно (http://rosstar.ru/index.php?id=266). Однако, поликарбонат не обладает стойкостью к воздействию УФ-лучей, а также абразивной стойкостью.
Солнечное излучение оказывает пагубное влияние на полимерные материалы, являясь причиной их разрушения и вызывая растрескивание поверхности. Эти небольшие трещины в дальнейшем увеличиваются под воздействием воды, пыли, химикатов.
Для защиты от атмосферного воздействия, повышения абразивной стойкости светофильтр-линза снабжена твердым, в частности, силиконовым, покрытием.
1
2
Покрытие состоит, по крайней мере, из двух слоев. Первый слой 2 покрытия выполнен с толщиной b от 2-х до 4-х микрон, второй слой 3 покрытия выполнен с толщиной b от 4-х до 8-ми микрон.
Твердые силиконовые покрытия (марки UVNC-300; OM1000; AS4000; AS700; PHC587) использованы для светофильтр-линз по их следующим свойствам.
Твердые силиконовые покрытия:
- сохраняют основные свойства полимера (поликарбоната), важные для изделий светотехнического назначения: цвет, светопропускание, физические характеристики;
- улучшают характеристики: погодостойкость, абразивостойкость, стойкость к ультрафиолету и химическим реагентам, защищают поверхность от фотодеградации (изменения цвета).
Стойкость к химическим реагентам: силиконовое покрытие практически не реагирует с химическими веществами (при контакте - 48 часов), такими как машинное масло, бензин, дизтопливо, уксусная кислота, серная кислота, изопропанол, толулол, ацетон, бутиламин, этилацетат, этанол.
Абразивостойкость повышается за счет повышения твердости (испытание: при нагрузке 500 г стальной ватой после 500 циклов отсутствуют царапины).
Погодостойкость повышается за счет комплексного улучшения поверхности (стойкость к ультрафиолету и химреагентам).
Светофильтр-линза из поликарбоната обладает значительно меньшей массой по сравнению с аналогом из стекла.
Масса светофильтр-линзы СЛ-139 из стекла - 0,22 кг
из поликарбоната - 0,11 кг
Согласно полезной модели светофильтр-линзу изготавливают из цветного поликарбоната, координаты цветности которого соответствуют установленным Международной Осветительной Комиссией (МОК) в 1931 г. СЛ-139 из поликарбоната изготавливают наиболее производительным способом - литьем под давлением. Интервал температур при этом составляет от 270°С до 310°С. Время на получение одного изделия от 0,5 до 2,0 минут.
Метод литья под давлением гарантирует получение качественных изделий сложной геометрии (линза Френеля) с высокой степенью повторяемости результатов. В полученных изделиях из поликарбоната отсутствуют дефекты, характерные для изделий из стекла, в тот числе:
- растрескивание при перепаде температур;
- сколы;
- щербины;
- вскрытые пузыри;
- нитевидные и узловые свили;
- неплоскостность и разнотолщинность;
- нарушение кривизны поверхности.
За счет более точной геометрии СЛ-139 из поликарбоната, сила света ее на 7-10% выше, чем у стеклянной.
Для защиты от атмосферного воздействия, повышения абразивной стойкости светофильтр-линза снабжена твердым силиконовым, покрытием.
Силиконовое покрытие - это суспензия в которую входят:
- силиконовая силика (кристаллы кремния);
- мономеры и олигомеры акрилатов (органическая среда покрытия);
- фотоинициатор (вещество, которое при облучении светом кристаллизует покрытие);
- добавки (ультрафиолетопоглотители, модификаторы текучести, растворители, модификаторы вязкости, промоутеры адгезии).
Приготовление ведут в автоматическом режиме в специальном оборудовании для нанесения покрытия. Метод нанесения - поливом, вязкость 7-11cs, при T=20-25°С, при 30-50% относительной влажности.
2
2
Ультрафиолетовая сушка - UVA доза 5-15 J/см, UVA интенсивность 0,6-1,6 W/см.
Цикл нанесения покрытия до 10 минут.
Получаемая микротвердость от 6000 до 11000 МРа
Твердость по МОСу - 7 единиц (для сравнения: у алмаза - 10 единиц).
Покрытие полностью повторят рельеф детали.
1
2
Покрытие наносят двумя слоями. Первый слой покрытия (адгезивный) выполняют с толщиной b от 2-х до 4-х микрон для, второй слой покрытия - с толщиной b от 4-х до 8-ми микрон.
Примеры конкретного выполнения.
1
2
Пример 1. Светофильтр-линза для карликовых, мачтовых и консольных карликовых светофоров типа СЛ, диаметр 139 мм, представляет собой линзу Френеля и выполнена из цветного оптического поликарбоната марки Макролон (фирма Байер). Светофильтр-линза снабжена твердым силиконовым покрытием. Покрытие состоит из двух слоев. Первый слой покрытия выполнен с толщиной b=2 микрона, второй слой покрытия выполнен с толщиной b=4 микрона. Цвет линзы - красный.
1
2
Пример 2. Светофильтр-линза для карликовых, мачтовых и консольных карликовых светофоров типа СЛ 139 выполнена аналогично примеру 1, но первый слой покрытия выполнен с толщиной b=3 микрона, второй слой покрытия выполнен с толщиной b=6 микрона. Цвет линзы - зеленый.
1
2
Пример 3. Светофильтр-линза для карликовых, мачтовых и консольных карликовых светофоров типа СЛ 139 выполнена аналогично примеру 1, но первый слой покрытия выполнен с толщиной b=4 микрона, второй слой покрытия выполнен с толщиной b=8 микрона. Цвет линзы - лунно-белый.
Заявляемая полезная модель не ограничивается приведенными примерами. Они приведены лишь для лучшего понимания сущности полезной модели.
Светофильтр-линза, изготовленная из поликарбоната, с твердым силиконовым покрытием имеет небольшую массу, высокую прочность и точность геометрии, ее поверхность имеет защиту от ультрафиолетового излучения и абразивную стойкость, что обеспечивает прекрасную стойкость к атмосферным воздействиям, обеспечивает оптическое качество при длительной эксплуатации.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. ГОСТ Р 53784-2010 Элементы оптические для световых сигнальных приборов железнодорожного транспорта. Технические условия.
2. Патент на полезную модель №34129 Светофор железнодорожный.
3. Патент на полезную модель №86159 Комплект линзовый универсальный головки железнодорожного светофора.
4. Патент на полезную модель №33916 Светофор железнодорожный карликовый.
5. Наружные линзы для светофоров. Интернет-ресурс (http://www.rosat.orq/content/view/24/26/).
Таблица 5
В миллиметрах
Обозначение светофильтра-линзы или линзы
D
S<sub>F</sub>
СЛ 139
<img file="00000002.tif" he="7" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
74±4
СЛ 70
<img file="00000003.tif" he="7" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
54±3
ЛС 212
<img file="00000004.tif" he="7" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
130±4
ЛС 160
<img file="00000005.tif" he="7" wi="14" img-content="undefined" img-format="tif" />
102±2
ЛС 70
<img file="00000006.tif" he="7" wi="11" img-content="undefined" img-format="tif" />
54±3
Примеры условного обозначения:
- светофильтра-линзы типа СЛ диаметром 70 мм зеленого цвета:
Светофильтр-линза СЛ 70 3 ГОСТ Р 53784-2010;
- линзы ступенчатой типа ЛС диаметром 70 мм бесцветной;
Линза ЛС 70 ГОСТ Р 53784-2010;
- светофильтра-линзы типа СЛ диаметром 139 мм лунно-белого цвета:
Светофильтр-линза СЛ 139 ЛБ ГОСТ Р 53784-2010;
- линзы ступенчатой типа ЛС диаметром 160 мм бесцветной:
Линза ЛС 160 ГОСТ Р 53784-2010;
- линзы ступенчатой типа ЛС диаметром 212 мм бесцветной:
Линза ЛС 212 ГОСТ Р 53784-2010.
1
2
5.2.7 Форма, основные параметры и размеры рассеивателей типа Р должны соответствовать указанным на рисунках 7, 8 и в таблице 6. В центре должны быть нанесены стрелки с указанием направления и значения угла рассеивания светового потока: α - в одну сторону, α - в другую. Рассеиватели устанавливают на комплекты линз типа КЛМ или КЛК.
Таблица 13
Цвет светофильтра или светофильтра-линзы
Координаты угловых точек допустимых областей цветности
x<sub>1</sub>
y<sub>1</sub>
x<sub>2</sub>
y<sub>2</sub>
x<sub>3</sub>
y<sub>3</sub>
x<sub>4</sub>
y<sub>4</sub>
Красный
0,735
0,265
0,710
0,290
0,704
0,290
0,725
0,287
Желтый
0,617
0,383
0,561
0,439
0,545
0,427
0,604
0,383
Зеленый
0,241
0,746
0,022
0,420
0,208
0,376
0,300
0,490
Синий
0,108
0,090
0,44
0,030
0,207
0,120
0,180
0,164
Лунно-белый
0,310
0,335
0,310
0,308
0,450
0,390
0,450
0,420
6.1.8 Светофильтры должны быть окрашены равномерно.
6.1.9 Коэффициент пропускания светофильтров при цветовой температуре источника света (2856±50)K должен соответствовать значениям, указанным в таблице 14.
Таблица 14
Тип светофильтра
Цвет светофильтра
Красный
Желтый
Зеленый
Синий
Лунно-белый
Коэффициент пропускания, %, на менее
СВВ
8
23
9
0,8
10
СФ
35
12
-
СФ КЦ
-