СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
LIGHT DIODE LIGHTING DEVICE

Настоящее изобретение относится к осветительной технике, рассматривает конструкцию корпуса устройства освещения, в частности корпусу лампы на твердотельных источниках света (ТИС), например светодиодах (СД).
Известна светодиодная лампа (далее СД-лампа) (фиг.1, 2), имеющая корпус, состоящий из двух частей, неподвижно соединенных между собой. Одна часть 1 отлита из алюминиевого сплава, имеет коническую форму и содержит плоско-выпуклое стекло 2, рассеиватель 3 и отражатель 4. Стекло отлито из прозрачного пластика и закреплено в корпусе путем оплавления специально выполненных на нем выступающих элементов 5, проходящих сквозь пазы конической части корпуса. Другая часть 6 - цилиндрической формы - также отлита из алюминиевого сплава и имеет на торце, которым она стыкуется с конической частью, источник света лампы (плату 7 со светодиодами 8 и отражателем 9), электрически, при помощи запаянных проводников 10 проволочного типа, соединенный с блоком питания (БП) и управления 11, расположенным внутри цилиндрической части. Светодиодная плата (далее - СД-плата) закреплена на торцевой части корпуса винтами 12 с изолирующими втулками 13 через прокладку 14 из термопроводящего материала для отвода тепла, выделяемого светодиодами (фиг.3). Для прохода проволочных контактов в торце этой части корпуса предусмотрены прямоугольные отверстия, причем контакты (общее число контактов 10) подгибаются и припаиваются к соответствующим площадкам на плате вручную в процессе сборки лампы. Противоположная от торца сторона цилиндрической части корпуса закрывается металлической крышкой 15, крепящейся к ней винтами, на которой закреплен цоколь 16 для ввинчивания лампы в патрон, а также упругие поворотные элементы 17 («ноги») для удержания лампы в стандартном потолочном контейнере размером 6". Эти элементы закреплены в крышке при помощи заклепок 18 и имеют возможность поворачиваться вокруг их осей, которые параллельны оси лампы. Обе части корпуса соединены между собой болтами 19 (US 2009296384, F21V 9/00, опубл. 03.12.2009). Данное решение принято в качестве прототипа.
Цилиндрическая и коническая части корпуса лампы неподвижно соединяются винтами через прокладку из термопроводящего материала. Так как светодиоды выделяют при работе значительное количество тепла, то для его рассеивания в окружающем пространстве и предотвращения перегрева платы со светодиодами как на конической, так и на цилиндрической частях корпуса предусмотрены ребра. Исполнение корпуса пылезащитное (предположительно IP50), каких-либо герметизирующих прокладок не предусмотрено, лампа с таким корпусом может применяться только в закрытых помещениях с низкой или умеренной влажностью.
Данный корпус имеет следующие недостатки:
- общая высокая трудоемкость сборки лампы в данном корпусе;
- высокая трудоемкость сборки светодиодной платы с БП и цилиндрической частью корпуса лампы;
- винты крепления СД-платы требуют для размещения резьбы наличия приливов с обратной стороны торцевой поверхности цилиндрической части корпуса. Приливы увеличивают неровность поверхности прилегания СД-платы, а также увеличивают потребную высоту корпуса лампы на дополнительные примерно 3-5 мм, так как мешают размещению платы БП лампы с обратной стороны торцевой части корпуса лампы;
- выполнение корпуса из двух частей, соединенных винтами через прокладку из термопроводящего материала, ухудшает условия отвода тепла от светодиодной платы из-за технологических неточностей изготовления частей корпуса и неравномерного прилегания прокладки к поверхностям стыка, а также из-за ненулевого теплового сопротивления прокладки. Измеренный перепад температур между цилиндрической и конической частями корпуса составил примерно 8 К. Так как весь допустимый перепад температур между кристаллом светодиодов и окружающей средой составляет примерно 25…30 К, а также потому, что на пути тепла имеются еще несколько тепловых сопротивлений, а именно - сопротивления «кристалл СД-корпус СД», «корпус СД-плата СД», «плата СД-цилиндрическая часть корпуса лампы», то данное тепловое сопротивление «цилиндр-конус корпуса лампы» блокирует передачу до 50%, а возможно, и больше 50% тепла на коническую часть корпуса лампы. В то же время, большая часть поверхности теплоотдачи расположена именно на конической части корпуса, поэтому наличие разъема в этом месте корпуса лампы представляется нерациональным;
- конструктивное исполнение корпуса исключает применение в лампе минерального стекла, имеющего лучшие оптические характеристики и не подверженного помутнению в течение всего срока эксплуатации лампы;
- класс защиты корпуса ограничивает область применения лампы.
Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационных характеристик лампы, уменьшении ее габарита по высоте за счет изменения компоновки и долговечности за счет оптимизации тепловых режимов.
Указанный технический результат достигается тем, что светодиодное осветительное устройство, содержащее выполненный из теплопроводящего материала тонкостенный корпус с конической и цилиндрической частями и перегородкой между ними, размещенной внутри корпуса, оребрение снаружи корпуса, стекло, закрепленное в конической части корпуса, закрепленную на перегородке в полости конической части корпуса напротив стекла плату, выполненную из теплопроводящего материала и имеющую светодиоды, токопроводящие дорожки для питания светодиодов и крепежные отверстия, размещенный на перегородке в полости цилиндрической части корпуса блок питания и управления, имеющий печатную плату с токопроводящими дорожками под электронные компоненты, а также крепежные винты, отличается тем, что корпус, содержащий упомянутые коническую и цилиндрическую части, перегородку и оребрение, выполнен в виде одной цельной без разъемов детали, плата со светодиодами прижата к перегородке через теплопередающую прокладку, крепежные винты, соединение платы со светодиодами с перегородкой и блока питания и управления с перегородкой выполнено крепежными винтами, размещенными в изолирующих втулках и пропущенными через указанную плату, перегородку и корпус питания и управления, при этом по крайней мере два из этих винтов выполнены в виде проводников для передачи напряжения питания и управляющих сигналов с блока питания и управления на плату со светодиодами.
Стекло может быть выполнено из минерального материала и закреплено в корпусе светильника через герметизирующую прокладку, которая для фиксации стекла размещена в проточках на торцевой поверхности стекла и в стенке корпуса. Или это стекло закреплено в корпусе через герметизирующую прокладку и зафиксировано разжимным кольцом, размещенным внутри герметизируемой этой прокладкой полости.
Крышка цилиндрической части корпуса для размещения патрона или гермопроходника для подвода кабелей питания закреплена в этой части корпуса через герметизирующую прокладку, которая размещена в проточках на торцевой поверхности крышки и в стенке корпуса. Или эта крышка может быть закреплена в корпусе через герметизирующую прокладку и зафиксирована разжимным кольцом, размещенным внутри герметизируемой этой прокладкой полости.
Эта крышка цилиндрической части корпуса может быть выполнена из съемной и несъемной частей, первая из которых закреплена в корпусе через герметизирующую прокладку, которая размещена в проточках на торцевой поверхности крышки и в стенке корпуса, либо через герметизирующую прокладку и разжимное кольцо, а съемная часть закреплена на несъемной части винтами или шпильками по крайней мере через одну герметизирующую прокладку.
Для закрепления светильника в упаковке или при монтаже на корпусе закреплены упругие пружинные элементы, выполненные в виде металлических полосок, которые закреплены на корпусе с возможностью их поворота вокруг оси крепежных элементов, а ось крепежных элементов наклонена относительно вертикальной оси корпуса.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - внешний вид лампы CREE LR6, прототип;
фиг.2 - разрез лампы CREE LR6, прототип;
фиг.3 - разрез корпуса лампы CREE LR6 по винту крепления СД-платы, прототип;
фиг.4 - тепловые сопротивления от кристалла СД до окружающего пространства, прототип;
фиг.5 - показан корпус СД-лампы без разъема между конической и цилиндрической частями, выполненной согласно настоящему изобретению (крышка цилиндрической части и элементы оптической системы не показаны);
фиг.6 - показана передача электрических сигналов к плате СД по винтам крепления для СД-лампы по фиг.5;
фиг.7 - показаны герметизации и закрепление стекла в корпусе СД лампы по фиг.5;
фиг.8 - показано разделение крепежных и герметизирующих элементов стекла СД-лампы по фиг.5;
фиг.9 - показана СД лампа с цоколем Е27 на верхней крышке;
фиг.10 - показана СД лампа с цоколем GU24 на верхней крышке;
фиг.11 - показана верхняя крышка с гермопроходником (простая) для СД лампы по фиг.5;
фиг.12 - показана верхняя крышка с гермопроходником (составная) для СД лампы по фиг.5;
фиг.13 - задняя крышка с гермопроходником (составная), и с двумя кабелями СД лампы по фиг.5;
фиг.14 - вид сзади на лампу CREE LR6, лепестки сложены, прототип;
фиг.15 - то же, что на фиг.14, лепестки частично развернуты;
фиг.16 - то же, что на фиг.14, лепестки полностью развернуты;
фиг.17 - показан разрез контейнера, размещенного в упаковочной коробке, показан изогнутый лепесток, прототип;
фиг.18 - СД лампа с наклонным закреплением лепестков;
фиг.19 - увеличенный фрагмент места закрепления лепестка;
фиг.20 - то же, что на фиг.18, лепестки раскрыты;
фиг.21 - СД-лампа, закрепленная на П-образном кронштейне.
Настоящее изобретение рассматривает конструкцию корпуса устройства освещения, в частности, корпуса лампы на ТИС - светодиодах. Для достижения технического результата предлагается выполнить корпус лампы без разъема между конической и цилиндрической частями корпуса, для передачи электрических сигналов на и от СД-платы предлагается использовать крепежные винты СД-платы, изолированное от конструкции стекло может быть выполнено из минерального материала, герметизирующая прокладка стекла может одновременно служить и его крепежным элементом, возможно разделение крепежного и герметизирующего элементов стекла, герметизирующая прокладка задней крышки корпуса может одновременно служить и ее крепежным элементом, возможно разделение крепежного и герметизирующего элементов задней крышки корпуса, возможно полностью герметичное исполнение задней крышки корпуса лампы, с применением уплотнения питающего кабеля лампы. Возможно полностью герметичное исполнение задней крышки корпуса лампы, с применением уплотнения питающего кабеля лампы и возможностью использования лампы в качестве монтажной коробки, для соединения ряда ламп в последовательную цепь, без применения каких-либо дополнительных соединительных или монтажных коробок.
Наклонное, по отношению к оси лампы, размещение осей вращения упругих поворотных элементов («ног») корпуса позволяет увеличить силу зацепления «ног» за контейнер лампы, позволяет избежать необходимость выбора монтажного положения «ног» в зависимости от внутреннего диаметра контейнера лампы, позволяет поворачивать корпус лампы относительно контейнера, при извлечении, в любую сторону, а не только в строго заданную.
Твердотельные источники света, в частности светодиоды, в настоящее время достигли существенного прогресса с точки зрения эффективности преобразования электрической энергии в энергию видимого света (Люмен на Ватт), превосходя по этому параметру признанных лидеров офисного освещения - флуоресцентные лампы, обычно называемые лампами дневного света - примерно в 1,5 раза, а компактные флуоресцентные лампы (CFL), называемые также обычно «энергосберегающими лампами» - более чем в 2 раза. Твердотельные источники света, в частности светодиоды, не так давно преодолели рубеж в 100 люмен на ватт. См. описание светодиодов XP-G фирмы CREE (XLampXP-G.pdf), и светодиодов МХ-6 той же фирмы CREE (XLampMX-6.pdf). Тем не менее, проблема отвода тепла от кристаллов СД-лампы все еще стоит остро. Дело в том, что даже эффективность 100 Люмен на Ватт означает «только» 25% преобразования подводимой электрической энергии в световую. Это немало, если сравнивать с обычной лампой накаливания, у которой эффективность составляет примерно 3%, но все же оставшиеся 75% выделяются в виде тепла, и это тепло должно быть эффективно отведено от кристалла СД. Светодиоды уменьшают свою эффективность с ростом температуры кристалла. Также начинает уменьшаться срок жизни светодиода. Руководство по разработке светодиодных светильников фирмы CREE рекомендует ограничивать температуру кристалла СД «потолком» в 80 градусов Цельсия. В то же время, температура окружающей среды, при которой лампа должна нормально долгое время, обычно 50000 часов, функционировать, берется равной 55°C (офисное здание с вентилируемым потолком). Ясно, что офисный или домашний подвесной потолок может быть и не вентилируемым, так что температура в 55°C не кажется чрезмерной. Лучше даже выбрать, как целевую, температуру за потолком 60°C. Итого, весь перепад температур «кристалл СД-окружающая» среда составляет 20°С.
Рассмотрим подробно, как распределяется данный перепад температур по всем звеньям тепловой цепи.
Ткр = Токр + (Rтепл пл-окр×Робщая)+(Rтепл кр-корп×РСД)
Ткр = температура кристалла СД
Токр = Температура окружающей среды
Rтепл пл-окр = Тепловое сопротивление теплоотвода (корпуса лампы)
РСД = Выделяемая мощность одного СД
= (Рабочий ток СД)×(Типовое падение напряжения на СД при Рабочем токе СД)×(1-Эффективность СД)
Робщая = Общая выделяемая мощность = (кол-во СД)×РСД
Rтепл кр-корп = Тепловое сопротивление корпуса СД
Например, для светильника со следующими параметрами (на 16-ти СД CREE XR-E) получим:
Ткр МАКС=80°C
Rтепл пл-окр=0,47°С/Вт
Световой КПД СД≈0,17 (17%)
РСД=0,3 А×3,1 B×(1-0,17)=0,7719 Вт
Робщая=16×0,7719 Вт=12,35 Вт
Rтепл кр-корп=8°С/Вт
Токр МАКС = Ткр МАКС - (Rтепл пл-окр×Робщая)-(Rтепл кр-корп×РСД)
Токр МАКС=80°С-(0,47°С/Вт×12,35 Вт)-(8°С/Вт×0,7719)
Токр МАКС=80°С-5,8045°С-6,1752°С
Токр МАКС=68°С
Вроде бы, пока - все неплохо, но нужно учесть следующие факторы. Во-первых, тепловое сопротивление корпуса СД 8°С/Вт является достижением именно фирмы CREE. У других производителей это сопротивление обычно выше и составляет 9-12°С/Вт. Во-вторых, ТИС, а в частности - СД, требуют низковольтного питания. При типовом напряжении на переходе СД, равном 3,1 В, при соединении 16-ти СД в последовательную цепь получаем ≈50 В напряжения питания при постоянном токе 0,3 А. То есть мощность, потребляемая СД, составляет 15 Вт. Существующие блоки питания, преобразующие переменное напряжение 110 В или 220 В в постоянное напряжение, скажем 50 В, и при этом стабилизирующие ток СД (что необходимо для их долгой и стабильной работы) имеют КПД не выше 85%. Типовым является значение 75%. То есть для того, чтобы подать на цепь из СД мощность 15 Вт, блок питания «заберет» из сети 15/КПД=20 Вт. Разницу в 5 Вт в потребленной от сети и выделенной на СД мощности также должен рассеять в окружающем пространстве корпус лампы. Добавим эту мощность к Робщей в выражении для максимальной температуры окружающей среды в вышеприведенном примере СД-светильника, а также подставим более распространенное значение для теплового сопротивления корпуса СД, равное 12°С/Вт;
Токр МАКС = Ткр МАКС - (Rтепл пл-окр×Робщая)-(Rтепл кр-корп×РСД)
Токр МАКС=80°C-(0,7°С/Вт×(12,35+5)В)-(12°С/Вт×0,7719 Вт)
Токр МАКС=80°С-8,1545°С-9,2628°C
Токр МАКС=62,6°C
Это уже практически совпадает с ожидаемым нами предельным значением температуры окружающей среды 60°C.
Для уменьшения общего теплового сопротивления «кристалл СД-окружающая среда» необходимо использовать комплекс мер, но главное (если не рассматривать такие экзотические, хотя и применяемые в ряде разработок решения, как принудительный обдув радиатора СД при помощи вентилятора, а именно - веерообразного вентилятора, приводимого в действие, например, сегнетоэлектрической пластиной, колеблющейся в случае приложения к ее обкладкам переменного напряжения, и «сдувающего» пограничный слой воздуха с радиатора (US 7213940, опубл.) - нужно увеличить полезную площадь радиатора (корпуса). Чтобы это сделать, и предлагается выполнить корпус лампы - без разъема между конической и цилиндрической частями корпуса. При этом тепловое сопротивление Rтепл пл-окр (тепловое сопротивление теплоотвода, корпуса лампы) уменьшается примерно в 1,8-2 раза, что позволит или уменьшить размеры и вес корпуса лампы, или применить дешевые СД с большим тепловым сопротивлением корпуса, или позволит увеличить количество СД, а значит - светоотдачу лампы, или можно сделать и то, и другое, и третье. Учитывая, что стоимость корпуса и блока питания лампы составляют до 80% от стоимости всей лампы, увеличение количества СД не сильно скажется на ее общей цене, но, зато, позволит получить больше света от одного светильника, и, возможно, позволит уменьшить общее количество используемых светильников, а это уже прямой путь к экономии средств.
Таким образом, в рамках настоящего изобретения рассматривается конструкция светодиодного осветительного устройства, которое включает в себя выполненный из теплопроводящего материала тонкостенный корпус с конической и цилиндрической частями и перегородкой между ними, размещенной внутри корпуса, оребрение снаружи корпуса, стекло, закрепленное в конической части корпуса, закрепленную на перегородке в полости конической части корпуса напротив стекла плату, выполненную из теплопроводящего материала и имеющую светодиоды, токопроводящие дорожки для питания светодиодов и крепежные отверстия, размещенный на перегородке в полости цилиндрической части корпуса блок питания и управления, имеющий печатную плату с токопроводящими дорожками под электронные компоненты, а также крепежные винты. Корпус, который содержит упомянутые коническую и цилиндрическую части, перегородку и оребрение, выполнен в виде одной цельной без разъемов детали, плата со светодиодами прижата к перегородке через теплопередаюшую прокладку. Соединение платы со светодиодами с перегородкой и блока питания и управления с перегородкой выполнено крепежными винтами, размещенными в изолирующих втулках и пропущенными через указанную плату, перегородку и корпус питания и управления. При этом по крайней мере два из этих винтов выполнены в виде проводников для передачи напряжения питания и управляющих сигналов с блока питания и управления на плату со светодиодами.
Стекло может быть выполнено из минерального материала и закреплено в корпусе светильника через герметизирующую прокладку, которая для фиксации стекла размещена в проточках на торцевой поверхности стекла и в стенке корпуса. Или это стекло закреплено в корпусе через герметизирующую прокладку и зафиксировано разжимным кольцом, размещенным внутри герметизируемой этой прокладкой полости.
Крышка цилиндрической части корпуса для размещения патрона или гермопроходника для подвода кабелей питания закреплена в этой части корпуса через герметизирующую прокладку, которая размещена в проточках на торцевой поверхности крышки и в стенке корпуса. Или эта крышка может быть закреплена в корпусе через герметизирующую прокладку и зафиксирована разжимным кольцом, размещенным внутри герметизируемой этой прокладкой полости.
Эта крышка цилиндрической части корпуса может быть выполнена из съемной и несъемной частей, первая из которых закреплена в корпусе через герметизирующую прокладку, которая размещена в проточках на торцевой поверхности крышки и в стенке корпуса, либо через герметизирующую прокладку и разжимное кольцо, а съемная часть закреплена на несъемной части винтами или шпильками по крайней мере через одну герметизирующую прокладку.
Для закрепления светильника в упаковке или при монтаже на корпусе закреплены упругие пружинные элементы, выполненные в виде металлических полосок, которые закреплены на корпусе с возможностью их поворота вокруг оси крепежных элементов, а ось крепежных элементов наклонена относительно вертикальной оси корпуса.
Ниже рассматривается пример исполнения такого осветительного устройства.
На фиг.5, 6 показана СД-лампа, выполненная согласно настоящего изобретения, имеющая объемной формы тонкостенный корпус 20, выполненный из алюминиевого сплава или другого материала с хорошей теплопроводностью (корпус выполнен из теплопроводящего материала). Этот корпус выполнен в виде одной цельной детали и в нем выполнена перегородка 21, на которой находится плата 22 со светодиодами 23. Корпус имеет коническую и цилиндрическую части, между которыми внутри корпуса выполнена перегородка 21. Упомянутые коническая и цилиндрическая части, перегородка и оребрение составляют одно целое и не имеют между собой разъемов.
Между платой 22 и перегородкой 21 имеется прокладка 24 из теплопроводящего материала. С другой стороны перегородки располагается блок 11 питания и управления лампы. При завинчивании винтов 12 в жестко закрепленные на плате 25 блока 11 гайки 26 плата 22 через прокладку 24 притягивается к перегородке 21, обеспечивая тем самым лучший контакт их поверхностей и, следовательно, более эффективную теплопередачу. Одновременно блок 11 при этом фиксируется в корпусе лампы. Для электрической изоляции блока 11 и винтов 12 от корпуса 20 имеются пластиковые втулки 27. Для отвода тепла в окружающую среду корпус имеет ребра 28, выполненные заодно с ним.
Следующей проблемой прототипа - лампы CREE LR6 - является способ передачи электрических сигналов, в частности - питания на светодиоды - через изолированный от корпуса лампы разъем, выводы которого приходится вручную загибать и вручную распаивать при сборке лампы. Конечно, это решение - самое экономичное с точки зрения стоимости используемых компонентов (разъем не стоит практически ничего), но зато работа по сборке лампы не поддается автоматизации и должна выполняться вручную. К тому же, ручная пайка контактов разъема к плате светодиодов, которая преднамеренно выполнена из хорошо отводящего тепло материала (алюминия), прикрепленного через теплопроводную прокладку к радиатору (алюминиевому корпусу лампы) - это отдельная и сложная задача и работа. Возможно, требуется специальный припой. Может быть, требуется разогрев собранного «верха», цилиндрической части лампы LR6 CREE, или применение сверхмощного паяльника (который одновременно с пайкой может расплавить и сам разъем!), но все это не так-то просто осуществить.
В то же время, существует еще один способ передачи электрических сигналов от блока питания лампы на плату светодиодов, а именно - можно совместить крепеж платы СД и подвод электрических сигналов к ней по винтам крепления.
При этом винты крепления СД-платы одновременно могут служить и для крепления собранного БП 11 в корпусе лампы, что значительно ускоряет сборку лампы и позволяет ее механизировать и автоматизировать. Винты перед сборкой желательно покрыть тонким слоем антикоррозионного покрытия, например - золота или никеля, а также смазать кончики винтов или все винты перед сборкой некоторым количеством жидкой или твердой смазки, для предотвращения возможной коррозии в месте стыка разнородных металлов. Можно покрыть контактные площадки платы и винты одним и тем же металлом, например - никелем или золотом, и коррозии не возникнет.
На фиг.6 показан винт крепления 29, по которому подается электрический сигнал с блока 11 на плату 22. При завинчивании в гайку 30 головка винта 29 попадает на токопроводящую дорожку 31 платы 22. Гайка 30 при закреплении (развальцовке) на плате 25 также входит в контакт с токопроводящей дорожкой 32 этой платы. Таким образом, происходит электрическое соединение блока питания 11 и светодиодной платы 22, при этом в конструкции лампы должно быть не менее двух таких соединений. От перегородки 21 корпуса 20 блок питания 11 и винт 29 изолированы при помощи втулки 27.
В прототипе - светодиодной лампе CREE LR6 - стекло лампы выполнено из оптического поликарбоната и имеет специальные приливы, предназначение которых - закрепить стекло в корпусе лампы. Для закрепления стекла, выступающие за корпус лампы приливы стекла оплавляются, например, паяльником, и затем это место дополнительно герметизируется компаундом. Такой прием хорош своей простотой, но имеет и ряд недостатков. Первый недостаток - стекло лампы может быть только из термопластичного материала. Это вполне допустимо для ламп, которые эксплуатируются внутри помещений. Если же лампа предназначена для эксплуатации на улице, в условиях сезонного изменения температуры окружающей среды, пыли, грязи, осадков и т.п. (а срок службы ТИС-лампы, в частности СД-лампы, составляет 10 лет и больше), то может оказаться необходимым применение стекла из минерального материала.
Второй недостаток - стекло, закрепляемое по методу лампы CREE, трудно герметизировать, так как выступающие элементы стекла лампы CREE имеют сложную форму, а герметизация оплавленной части стекла герметиком лишь частично может решить эту проблему. В конце концов, и оплавление и герметизацию выступов должен делать человек, а человеку свойственно ошибаться. Желательно исключить влияние человеческого фактора на конструкцию лампы, которая должна служить 10-15-25 лет, и не пропустить при этом внутрь себя ни пыль, ни влагу, ни насекомых. Чтобы сделать это, предлагается конструкция стекла лампы с кольцевой канавкой по ребру стекла. На фиг.7 показан стык стекла 2 с корпусом 20 лампы. Герметизация стыка осуществляется прокладкой (кольцом) 33, которая также служит фиксирующим элементом для стекла 2 и рассеивателя 3.
Благодаря указанному профилю корпуса лампы (заходная фаска + цилиндрическая часть), эластичности и текучести материала прокладки (резина, силикон и другие резиноподобные материалы), а также подобранному профилю зазора между стеклом 2 и корпусом 20 лампы, при посадке стекла в корпус прокладка сначала обжимается заходной фаской 34 корпуса 20, затем деформируется, и заполняет зазор или часть зазора между стеклом и лампой, и, наконец, затекает в предназначенное для нее углубление 35 в корпусе лампы. Для улучшения скольжения и затекания прокладки, и облегчения сборки стекла и корпуса может применяться дополнительная жидкая или твердая смазка, а может и не применяться, но неизменным остается принцип одновременного закрепления и герметизации стекла лампы прокладкой из резиноподобного материала.
Данный метод позволяет прочно закрепить стекло в корпусе лампы, но такая фиксация является обратимой, то есть стекло можно не только вставить, но и вынуть, например, применив вакуумную присоску для вынимания стекла. Если же по каким-либо причинам требуется необратимая фиксация стекла, то можно применить конструкцию закрепления стекла, показанную на фиг.8. При посадке стекла 2 в корпус 29 пружинное кольцо 36, имеющее диаметр, больший наружного диаметра стекла, обжимается заходной фаской 34 корпуса 20 в проточке 37 стекла 2, которая имеет глубину, достаточную для того, чтобы кольцо 36 поместилось в ней полностью. При дальнейшем движении оно попадает в канавку (проточку 37) корпуса 20 и разжимается в ней за счет своих упругих свойств.
Резиноподобная прокладка 33 герметизирует стекло, а металлическое или пластиковое разжимное пружинное кольцо 36 фиксирует его на месте, и извлечь его из корпуса уже нельзя.
Также можно поставить и внешнее разжимное металлическое или пластиковое подпружиненное кольцо, но пара неодинаковых металлов «корпус лампы-фиксирующее кольцо» создает условия для электрохимической коррозии в этом месте, и такое стекло лампы уже не будет неразборным.
Аналогичным образом можно решить и проблему герметизации верхней крышки корпуса лампы. Применяется либо одиночная резиновая прокладка для герметизации и фиксации верхней крышки корпуса лампы, либо прокладка из резиноподобного материала для герметизации, и металлическое или пластиковое разжимное кольцо - для необратимой фиксации верхней крышки корпуса лампы. Также можно поставить и внешнее разжимное металлическое или пластиковое подпружиненное кольцо, но такая верхняя крышка уже не будет неразборной.
На верхней крышке корпуса лампы можно закрепить разъем или цоколь для подачи питающего напряжения на лампу. На фиг.9 показана лампа с цоколем Е27, а на фиг.10 - с цоколем GU24 на верхней крышке.
В то же время, уличное исполнение лампы согласно нормам IP66 (Нормы IP65, 66, 67, 68) требует полной герметичности лампы. Это становится возможным в предложенной конструкции корпуса, если в заднюю крышку корпуса вмонтировать гермопроходник, например, под кабель круглого сечения в двойной изоляции. В этом случае, благодаря тому, что стекло лампы и задняя крышка лампы уже герметичны, гермопроходник (иногда еще называемый гермовводом) логично завершает конструкцию корпуса лампы, рассчитанной на эксплуатацию в любых погодных условиях в течение всего срока ее службы, то есть типовых 50000 или 100000 часов непрерывного «горения».
Заднюю крышку корпуса лампы можно сделать простой, с отверстием или резьбой под вкручивание гермоввода, или составной, то есть состоящей из 2-х или более частей. Простая конструкция - дешевле, составная - более удобна потребителю.
На фиг.11 показана простая крышка для герметичного исполнения лампы. Герметизация стыка крышки 38 с корпусом 2 обеспечивается прокладкой 39, а ее фиксация - пружинным кольцом 40 подобно тому, как это описано выше для стекла 2 (для примера по фиг.8). Гермоввод 41 обеспечивает герметичость прохода в корпус лампы входящего кабеля 42, жилы которого зажимаются в клеммной колодке 43, расположенной на блоке питания 11. После того как пользователь подключил кабель к блоку питания, он закрывает крышку 38, после чего лампа становится неразборной. На фиг.12 показана составная верхняя крышка лампы. Герметизация стыка несъемной части 44 крышки с корпусом 2 обеспечивается прокладкой 39, а ее фиксация - пружинным кольцом 40, как и на фиг.11. Съемная часть 45 крышки фиксируется винтами 46, заворачиваемых в глухие резьбовые отверстия несъемной части 44. Герметизация стыка съемной и несъемной частей крышки осуществляется прокладкой 47. Гермоввод 41 вворачивается в съемную часть 45 крышки и герметизирует проход кабеля 42. Также возможно исполнение, в котором винты 46 вворачиваются в сквозные отверстия несъемной часть 44 крышки. В этом случае, возможно уменьшить массу крышки, но потребует принятия мер для герметизации каждого винта.
Составная верхняя крышка позволит, при сохранении герметичности корпуса лампы, обеспечить доступ монтажника внутрь корпуса лампы, что необходимо во время подсоединения лампы к питающему кабелю. Она также позволяет использовать лампу в качестве соединительной коробки, то есть позволяет соединить внутри лампы провода 2-х кабелей, входящего и выходящего, и таким образом позволяет соединять лампы последовательно, в длинные цепочки, не применяя каких-либо дополнительных монтажных или соединительных коробок, которые, если бы они потребовались, должны были бы быть также выполнены в соответствии с нормами IP66, что весьма и весьма недешево, и к тому же - не всегда удобно.
На фиг.13 показана лампа с входящим и выходящим кабелями. Гермоввод 41 обеспечивает герметичный проход в корпус лампы входящего 42 и выходящего 48 кабелей. Жилы входящего кабеля стыкуются к клеммной колодке 43, а выходящего - к колодке 49 блока питания 11 и управления лампы. При таком использовании лампы необходим уплотнительный элемент гермопроходника с двумя отверстиями, для входящего и выходящего кабелей соответственно. Такие уплотнительные элементы широко представлены на рынке, и выпускаются, например, фирмой Hummel AG (KV-Katalog-low.pdf с сайта www.hummel.com, стр.42-43).
В завершение, остановимся на проблеме крепления лампы в предназначенном для нее месте. Прототип, лампа CREE LR6, имеет для этого лепестки, или «ноги» из упругого листового материала, закрепленные на верхней крышке лампы при помощи заклепок, таким образом, что оси их вращения параллельны оси лампы.
На фиг.14 показан вид на лампу CREE LR6 со стороны цоколя, то есть сверху. Упругие элементы («ноги») 17 крепятся к верхней крышке 15 заклепками 18. Как видно на фото, крышка 15 имеет приливы с выступами, которые обеспечивают некоторую фиксацию «ног» в трех положениях: полностью убранном (а), промежуточном (б) и полностью выпущенном (в). Положения б и в могут применятся при установке лампы в контейнеры различного диаметра. Для извлечения лампы из контейнера надо повернуть ее за фланец со стороны стекла против часовой стрелки. На фиг.15 и 16 также хорошо видно, что выступы, на которых закреплены «ноги», перекрывают несколько ребер воздушного охлаждения корпуса лампы, тем самым ухудшая теплоотдачу этих ребер. Когда лампа задвигается в предназначенный для нее контейнер, диаметром от 5,5 до 6,5 дюймов, лепестки изгибаются, и своим острым краем упираются в стенку контейнера, не давая лампе выпасть из контейнера наружу. На фиг.17 показана лампа LR6, зафиксированная внутри стандартного контейнера при помощи сжатых «ног» 17.
Так как лампа LR6 заявлена как ретрофитная, то есть заменяющая старую лампу накаливания на ее месте, то уже существующие контейнеры под такую лампу имеют значительный разброс внутреннего диаметра, от 5,5 до 6,5 дюймов. Чтобы компенсировать этот разброс, лепестки лампы перед монтажом могут располагаться в нескольких фиксированных положениях (фиг.14-16). Чем меньше диаметр контейнера, тем более крайнее положение должен занять лепесток и тем меньше он изогнется при вставке лампы в контейнер. Данное решение крепежных лепестков не является оптимальным для нашего корпуса лампы.
Во-первых, заклепки трудно сделать герметичными, а нам нужен именно герметичный корпус, отвечающий требованиям IP66.
Во-вторых, любая подстройка параметров системы перед монтажом возможна, но нежелательна. Нужно исключить влияние человеческого фактора на качество установки лампы, поэтому нужно исключить необходимость подстройки лепестков лампы под диаметр контейнера. Кроме того, при повороте лепестка из осевого положения в любое тангенциальное лепестки уже не будут контактировать с контейнером в 2-х точках, а скорее всего останется одна точка контакта. Насколько это надежно - трудно судить, но понятно, что двухточечный контакт лепестка с корпусом контейнера предпочтительнее одноточечного.
В-третьих, для извлечения лампы CREE LR6 из контейнера ее нужно повернуть против часовой стрелки на некоторый угол. Лепестки «убираются» внутрь, и лампа может быть извлечена из контейнера. Если же монтажник забыл или не смог подстроить лепестки лампы под диаметр контейнера, извлечение из него лампы может оказаться проблематичным, ведь на пути поворота лепестка будет еще несколько фиксаторов промежуточных положений.
В-четвертых, ограничители поворота лепестков на задней крышке мешают потоку воздуха обтекать сразу несколько ребер охлаждения корпуса лампы, что снижает эффективность корпуса лампы как радиатора, отводящего тепло от СД-платы.
В настоящей конструкции лампы согласно изобретению предлагается закрепить лепестки («ноги») в наклонных положениях. Наклонное, по отношению к оси лампы, размещение осей вращения упругих поворотных лепестков («ног») корпуса позволяет увеличить силу зацепления «ног» за контейнер лампы, благодаря 2-х точечному контакту лепестка за корпус, вместо, в большинстве случаев, одноточечного у лампы CREE LR6, позволяет избежать необходимости выбора монтажного положения лепестков в зависимости от внутреннего диаметра контейнера лампы, позволяет поворачивать корпус лампы относительно контейнера, при извлечении, в любую сторону, а не только в строго заданную, и позволяет легко извлечь лампу, установленную в контейнер любого размера (в пределах от 5,5 до 6,5 дюймов внутреннего диаметра). Дополнительно на ребрах охлаждения, на которых установлены поворотные лепестки, можно выполнить отверстия для закрепления лампы болтами в контейнерах других видов и размеров, либо для закрепления лампы на П-образном кронштейне, как это обычно делается при установке ламп и прожекторов для наружного освещения зданий, парков, садов, прудов, дорожек и т.п.
На фиг.18 показана лампа с наклонно закрепленными в приливах 50 корпуса 20 при помощи винтов 51 упругими элементами («ногами») 17. В приливах 50 выполнены резьбовые отверстия 52, в которые ввернуты винты 51 (фиг.19). Они удерживают «ноги» 17, выполненные из пружинной листовой стали, имеющие на концах, прилегающих к ребрам 11 корпуса, подштамповки (т.н. пуклевки) 53, стопорящие «ноги» в раскрытом положении (фиг.18). Для извлечения лампы из контейнера необходимо повернуть ее в любую сторону, при этом «ноги» 17 повернуться вокруг винтов 51, как это показано на фиг.20. Также в приливах 50 выполнены дополнительные резьбовые отверстия 54. Как видно из фиг.18, 19, конструкция корпуса обеспечивает свободный проход воздуха вдоль всего оребрения лампы.
На фиг.21 показана лампа герметичного исполнения, закрепленная на П-образном кронштейне 55 на поверхности 56, например потолка садовой беседки, при помощи крепежных винтов 57. Скоба крепится к корпусу винтами 58, заворачиваемыми в отверстия 54 (фиг.18). Питание осуществляется по кабелю 42 через гермоввод 41. В таком исполнении декоративный фланец на корпусе лампы не нужен.