Способ изготовления светодиодной лампы, светодиодная лампа, изготовленная этим способом и радиатор для этой лампы.
Область техники.
Изобретение относится к светотехнике, а именно, к технологии изготовления и конструкции светодиодных осветительных устройств, предназначенных для использования в составе оборудования для внешнего и внутреннего освещения.
Предшествующий уровень техники.
Известно, что трудоемкость сборочных операций составляет до 50% общего объема трудоемкости производства приборов. Оптимизация процесса сборки снижает цену продукции и создает конкурентные преимущества. В число наиболее трудоемких входят операции, связанные с механическим соединением деталей и узлов, в частности, при выполнении окончательной сборки готового изделия.
Применительно к светодиодным лампам под операциями сборки подразумевается неразъемное неподвижное соединение сборочных единиц - отдельных конструктивных функциональных частей лампы: радиатора (устройство охлаждения) , светоизлучающей оболочки, узла источников излучения, узла электронного преобразователя, средств соединения с источником электрического тока (в частности, электрический цоколь) . Очевидно, что для осуществления монтажа сборочные
единицы должны быть снабжены соответствующими технологическими средствами соединения, позволяющими успешно выполнять сборочные операции. К таким средствам относятся технологические отверстия, направляющие пазы, технологические выступы, которые хотя и являются частью конструкции сборочных единиц, но предназначены исключительно для выполнения сборочных операций и в работе источника света не участвуют.
Из уровня техники известны следующие выявленные способы изготовления электронных приборов .
Подробно описан способ монтажа приемно- усилительной лампы в книге Е .И.Шехмейстер «Сборочные операции в электровакуумном производстве», Москва, «Высшая школа», 1987, с.14- 25, при котором на слюдяном изоляторе, снабженном по краям зубцами, в предварительно прорубленных отверстиях размещают электроды, траверсы, выводы и закрепляют пластинчатые пружины. Собранный электродный узел размещают в стеклянной колбе таким образом, что упомянутые зубья на слюдяном изоляторе деформируются о калиброванную поверхность колбы и, за счет упругости материала, обеспечивают достаточную плотность посадки электродного узла в колбе лампы. Следует отметить, что упомянутые зубья изолятора и пластинчатые пружины не участвуют в работе приемно-усилительной лампы, но совершенно необходимы для выполнения операции сборки изделия, то есть эти элементы являются технологическими.
Известны способы соединения деталей и узлов светодиодной лампы, при которых светоизлучающую оболочку и цоколь закрепляют на корпусе лампы при помощи только резьбового соединения (заявка Китая CN2760382, МКИ F21S6/00, опубликована 22.02.2006), или резьбового соединения и защелки (заявка Китая CN201106814, МКИ F21V17/00, опубликована 27.08.2008) .
Операция навинчивания является сама по себе достаточно трудоемкой, а применительно к пластмассовым деталям требует приложения нормированных усилий, чаще всего контролируемых специальным инструментом. Соединение светоизлучающей оболочки при помощи защелки, выполненной по всему периметру оболочки, снабженной кольцевым выступом на корпусе лампы, также расположенным по всему периметру корпуса, не только затрудняет монтаж, но и может вызвать деформацию оболочки в процессе сборки.
Известна светодиодная лампа, в которой узлы и детали снабжают средствами их соединения. Так, футляр с электронным преобразователем, выполняют с защелками на внешней поверхности, а торцевую панель металлического литого радиатора снабжают отверстиями для размещения выступов защелки. Соединение этих сборочных единиц осуществляют путем фиксации защелок в отверстиях торцевой панели радиатора (патент ЕР2077415, МКИ F21V29/00, опубликован 08.07.2009).
Недостатком известного решения является нетехнологичность конструкции светодиодной лампы,
обусловленная размещением электронного
95 преобразователя в замкнутом футляре, составленном из двух деталей, подлежащих соединению посредством специальной технологической операции; повьшенными требованиями к точности изготовления элементов защелок на половинках футляра, необходимой для 100 гарантированной фиксации на диске радиатора. Кроме того, в замкнутом футляре не может быть обеспечено эффективное охлаждение электронного преобразователя, видимо, по этому, в качестве источника излучения использован мощный, но 105 единственный светодиод.
Ближайшим аналогом способа изготовления светодиодной лампы является решение по ЕР2077415.
В качестве известного уровня техники для НО конструкции светодиодной лампы могут быть указаны уже упоминавшиеся решения по заявкам CN2760382 и CN201106814. Кроме вышеуказанных недостатков этих решений, следует отметить большое количество деталей, подлежащих предварительному соединению 115 перед окончательной сборкой светодиодной лампы, что позволяет говорить о нетехнологичности конструкции лампы.
Ближайшим аналогом светодиодной лампы является решение по ЕР2077415, исчерпывающая критика 120 которого изложена на странице 3 данного описания.
Уровень техники для полого радиатора может быть охарактеризован следующими выявленными аналогами .
125 Известен полый радиатор для светодиодной лампы, содержащий ребристую боковую поверхность, верхнюю панель с подиумом для размещения светодиодов, снабженным вентиляционными отверстиями, стенкой по периметру верхней панели с
130 резьбой, видимо, для присоединения светорассеивающей оболочки (заявка на полезную модель CN201059520, МКИ F21V29/00, опубликованная 14.05.2008) .
Ни описание, ни графические материалы
135 известного решения не содержат информации о средствах соединения с другими деталями и узлами светодиодной лампы. Видимым недостатком решения является наличие на панели отдельно размещаемого подиума для источника излучения, который
140 увеличивает трудоемкость сборочных операций.
Наиболее близким аналогом охлаждающего устройства для светодиодной лампы является решение, описанное в ЕР2077415, МКИ F21V29/00, опубликован 08.07.2009. В качестве ближайшего
145 выбран вариант, изображенный на фигуре 4 указанного патента, представляющий собой полый радиатор с двойными стенками, внешняя из которых снабжена продольными вентиляционными отверстиями, а торцевая панель снабжена отверстиями для
150 соединения с защелками футляра электронного преобразователя. Недостатки конструкции радиатора являются следствием общих недостатков конструкции светодиодной лампы по известному патенту, которые изложены на странице 3 и 4 данного описания.
155
Раскрытие изобретения.
Техническим результатом изобретения являются повышение технологичности конструкции, возможность использования в процессе сборки взаимозаменяемых 160 деталей и узлов без их дополнительной обработки и без применения крепежных элементов, улучшение условий охлаждения источников излучения, а также снижение трудоемкости и стоимости сборки светодиодной лампы.
165
Способ изготовления светодиодной лампы по изобретению включает следующие операции:
-изготовление светоизлучающей оболочки с одновременным формированием дискретных защелок на 170 её удаленной поверхности;
-изготовление переходного конуса с одновременным формированием на его поверхности дискретных защелок и вентиляционных отверстий;
-изготовление кольцеобразного радиатора, 175 включающее формирование торцевой панели корпуса; формирование бортика по периметру торцевой панели; формирование отверстий на бортике с возможностью размещения в них дискретных защелок светоизлучающей оболочки; формирование на общей 180 оси отверстий на торцевой панели, прорезей на корпусе и выступов на внутренней конической поверхности полости корпуса, при этом выступы формируют с возможностью соединения с дискретными защелками переходного конуса; формирование 185 направляющих пазов на внутренней поверхности
полости радиатора для размещения платы электронного преобразователя;
-размещение электронного преобразователя путем поступательного перемещения его платы по 190 направляющим пазов на внутренней поверхности полости радиатора;
-фиксацию защелок светоизлучающей оболочки в отверстиях бортика торцевой панели корпуса радиатора;
195 -фиксацию защелок переходного конуса на выступах внутренней поверхности конической полости корпуса радиатора;
-размещение и фиксацию на переходном конусе средства соединения с источником тока (цоколя) .
200 Создание гарантированного соединения между указанными сборочными единицами обеспечивается использованием двухзвенного механизма запирания, первое звено которого - защелка, выполнена на первой сборочной единице, а второе звено - выступ,
205 сквозное или глухое отверстие, выполнено на поверхности второй сборочной единицы. Форму поверхности этих звеньев замка выполняют с возможностью их сопряжения и исключения самопроизвольного размыкания без специального
210 силового воздействия. Количество механизмов запирания на сборочных единицах выбирают в зависимости от требований к прочности соединения. Очевидно, что минимальное количество механизмов запирания не может быть меньше одного.
215 Условие о конической форме поверхности полости радиатора обусловлено, с одной стороны,
необходимостью формирования на одной оси прорезей на корпусе и выступов на внутренней поверхности корпуса, а с другой стороны, технологическими 220 требованиями к литьевой форме, реализующей способ.
На сопрягающихся поверхностях переходного конуса и радиатора для исключения их вращения относительно друг друга возможно выполнение дополнительных средств фиксации, которые выполняют 225 в виде выступающих элементов на одной из соединяемых деталей и соответствующих углублений на ответной детали, например, штыря на радиаторе и углубления на переходном конусе .
Для достижения поставленной цели, в качестве 230 материала защелок используют материал, обладающий коэффициентом упругости, с одной стороны, достаточным для установления элементов замка, но с другой стороны, обеспечивающим надежную фиксацию соединяемых деталей. При этом оптимальным является 235 формирование защелок одновременно с изготовлением светоизлучающей оболочки и переходного конуса. Формирование конструктивных элементов корпуса радиатора целесообразно производить одновременно с изготовлением корпуса за одну технологическую 240 операцию, с учетом последующего соединения сборочных единиц и сцепления звеньев механизмов запирания .
Предпочтительным является формирование ограничителей на торцевой панели, препятствующих радиальному перемещению светоизлучающей оболочки и способных одновременно с этим служить направляющим звеном при соединении сборочных единиц. Эти
ограничители предпочтительно должны быть сформированы концентрично бортику на торцевой 250 панели радиатора.
Последовательность соединения сборочных единиц не имеет существенного значения и зависит от конкретных условий сборочного производства . Например, операция соединения светоизлучающей 255 оболочки и радиатора, может предшествовать соединению радиатора и переходного конуса.
Как выше указывалось, формирование всех конструктивных элементов корпуса радиатора целесообразно производить одновременно. Исходя из 260 этих условий, в случае получения радиатора путем литья, литьевая форма на момент выполнения операции уже должна содержать все необходимые для получения элементов конструкции радиатора формы. Так, для достижения поставленной цели в процессе литья должны формироваться корпус заданной конфигурации, его торцевая панель, все отверстия в торцевой панели, прорези в корпусе и выступы в конце каждой прорези, продольные пазы на конической поверхности полости корпуса, другие элементы. Для специалиста должно быть понятно, что это возможно лишь при наличии такой литьевой формы, на которой имеются все формообразующие вставки, необходимые для получения отливки, содержащей элементы, необходимые для выполнения последующих операций изготовления светодиодной лампы.
Светодиодная лампа, изготовленная согласно способу, содержит полый кольцеобразный радиатор с
280 торцевой панелью и сквозными прорезями на боковой поверхности; источник излучения, закрепленный на торцевой панели и светоизлучающую оболочку; переходной элемент между радиатором и средством соединения с источником тока; электронный
285 преобразователь и средства соединения деталей и узлов, отличающаяся тем, что све оизлучающая оболочка и переходной конус снабжены дискретными защелками; торцевая панель имеет технологические отверстия, расположенные на одной оси с прорезями
290 на корпусе и выступами на внутренней сужающей к панели конической поверхности полости корпуса, на которой в продольных пазах установлена плата электронного преобразователя, а на выступах закреплены защелки переходного конуса, снабженного
295 вентиляционными отверстиями.
Предпочтительным вариантом является формирование ограничителей на торцевой панели, препятствующих радиальному перемещению светоизлучающей оболочки и способных одновременно
300 с этим служить направляющим звеном при соединении.
Эти ограничители должны быть сформированы концентрично бортику на торцевой панели радиатора.
Форма внешней и внутренней поверхностей реального полого кольцеобразного радиатора в любом
305 воплощении может быть охарактеризована как коническая поверхность, образованная п-угольной направляющей и с углом Ψ между образующими, величина которых выбрана из выражений:
3 < n < oo и
0 < Ψ < 180, где
η - количество вершин многоугольника направляющей линии,
Ψ - угол между образующими конической поверхности.
Смысл выбора граничных значения указанных параметров конической поверхности должны быть ясен для специалиста и в особых обоснованиях не нуждается. Целесообразно отметить только, что выбор значения величины Ψ по существу определяет высоту полого кольцеобразного радиатора, а малое значение величины Ψ при максимальном значении величины п соответствует выбору формы в виде конической поверхности.
Согласно изобретению в качестве связующего материала светоизлучающей оболочки используют оптически прозрачный компонент, который может быть дополнен частицами люминофора определенного типа или смесью частиц люминофоров разного цвета свечения и/или времени послесвечения.
Торцевая поверхность радиатора, предназначенная для сопряжения с поверхностью переходного конуса, может быть снабжена дополнительными средствами фиксации, исключающими возможность вращения переходного конуса вокруг оси радиатора. При этом конфигурация фиксирующих элементов не имеет принципиального значения. В качестве частного случая их выполнения можно указать пары штифт - отверстие, радиальный выступ - радиальный паз, или выполнение обеих сопрягаемых поверхностей с зубчатым профилем.
340 Вариант воплощения светодиодной лампы содержит переходный конус, выполненный с возможностью закрепления на нем резьбового цоколя. Для этого цилиндрическая часть переходного конуса может быть снабжена винтовой направляющей.
345 Для улучшения условий охлаждения электронного преобразователя и создания охлаждающего потока воздуха через полость радиатора, создают вентиляционный канал, образованный сквозными прорезями на боковой поверхности радиатора и
350 отверстиями в переходном конусе и/или зазором между переходным конусом и радиатором.
Радиатор для светодиодной лампы, изготовленной вышеописанным способом, содержит :
355 кольцеобразный корпус с развитой внешней поверхностью, одна из торцевых сторон которого снабжена панелью, имеющей по периметру средства соединения с защелками светоизлучающей оболочки; при этом упомянутая панель снабжена
360 технологическими отверстиями, расположенными на одной оси с прорезями на корпусе радиатора и с выступами на сужающейся к панели конической поверхности полости радиатора, на которой выполнены пазы с возможностью размещения в них
365 платы электронного преобразователя.
Поверхность радиатора, предназначенная для сопряжения с поверхностью переходного конуса, может быть снабжена дополнительными средствами фиксации, исключающими возможность вращения
370 радиатора относительно оси переходного конуса,
например, в виде штифта, сформированного на торце радиатора .
Вариантом развитой поверхности радиатора могут быть поперечные и/или продольные ребра охлаждения.
375 В последнем случае прорези на корпусе расположены в плоскости ребра охлаждения таким образом, что образованные вентиляционные отверстия не создают условий для несанкционированного проникновения к токоведущим элементам электронного
380 преобразователя. Количество выполненных таким образом прорезей зависит от типа используемого электронного преобразователя.
Средства соединения радиатора со светоизлучающей оболочкой могут быть выполнены в
385 виде отверстий, углублений или выступов, сформированных в бортике с возможностью взаимодействия с защелками светоизлучающей оболочки.
Торцевая панель, кроме указанных отверстий, 390 может иметь еще, по меньшей мере, одно отверстие, приспособленное для размещения проводников тока и/или закрепления платы источников излучения при помощи цанговой защелки.
Для эффективного охлаждения источников 395 излучения полый радиатор должен быть изготовлен из высокотеплопроводного материала, например, из меди, алюминия, их сплавов, или из керамики на основе окиси алюминия. Важным условием для точного изготовления полого радиатора является хорошая 400 литьевая способность выбранного материала.
Краткое описание чертежей.
Изобретение поясняется следующими графическими материалами :
405 на фиг .1 показан вид сбоку светодиодной лампы;
на фиг .2 показано трехмерное изображение светодиодной лампы в разборе, показанной на фиг.1; на фиг .3 показано трехмерное изображение радиатора сверху сбоку;
410 на фиг .4 показано трехмерное изображение радиатора снизу сбоку;
на фиг .5 - трехмерное изображение сечения радиатора и переходного конуса в разобранном виде .
Светодиодная лампа, содержит светоизлучающую
415 оболочку 1, на удаленной поверхности 2 которой выполнены защелки 3 механизма запирания; полый радиатор 4, снабженный торцевой панелью 5, по периметру которой сформирован бортик б с отверстиями 7 для размещения защелок 3
420 светоизлучающей оболочки 1; кластер 8 источников 9 излучения, смонтированный на плате и установлен на упомянутой панели 5 полого радиатора 4; переходной конус 10, снабженный защелками 11 для соединения с выступами 12, выполненными на внутренней
425 поверхности 13 полого радиатора 4; электронный преобразователь 14, установленный в продольных пазах (не показаны) , сформированных на поверхности 13 полости 15 радиатора 4 и электрически соединенный с кластером 8 источников 9 излучения и
430 средством 16 соединения с источником электрического тока.
Радиатор 4, в оптимальном воплощении являющийся по существу сложной литьевой деталью, состоит из кольцеобразного корпуса, одна из
435 торцевых сторон которого снабжена панелью 5, содержащей технологические отверстия 17 и имеющей по периметру бортик 6, в котором сквозные отверстия 7 сформированы с возможностью соединения с защелками 3 светоизлучающей оболочки 1; внешняя
440 поверхность 18 корпуса выполнена развитой, например, в виде продольных ребер 18, а его внутренняя полость 15 образована конической поверхностью 13, сужающейся к панели 5 и снабжена вентиляционными прорезями 19, выступами 12 для
445 закрепления защелок 11 переходного конуса 10 и продольными направляющими пазами (не показаны) для размещения электронного преобразователя.
Торцевая поверхность 20 радиатора 4, предназначенная для сопряжения с поверхностью
450 переходного конуса 10, может быть снабжена дополнительными средствами фиксации, например, в виде штифта 21, исключающими возможность вращения переходного конуса 10 вокруг оси радиатора 4.
455 Вариант осуществления изобретения.
Способ изготовления светодиодной лампы осуществляют следующим образом:
формируют за одну литьевую операцию све оизлучающую оболочку 1 и защелки 3 на ней. 460 Материал, используемый для получения светоизлучающей оболочки 1, может включать частицы
люминофора, состав и количество которых в данном изобретении не рассматриваются;
формируют за одну литьевую операцию переходный 465 конус 10 с защелками 11;
осуществляют литье расплава металла, например, в металлическую форму (не показана) для формирования литьевой детали, включающей кольцеобразный корпус радиатора 4, панель 5 с 470 технологическими отверстиями 17, бортиком б, ограничителями 22, отверстиями 7 для соединения с защелками 3 светоизлучающей оболочки 1 и отверстием 23 для крепления цанговой защелкой 24 платы кластера 8 источников 9 излучения, прорези 475 19 и выступы 12 на внутренней конической поверхности 13 полости 15 корпуса радиатора 4. Относительное расположение указанных элементов радиатора определяется литьевой формой, учитывающей последующее соединение деталей и узлов 480 светодиодной лампы;
-размещают плату кластера 8 источников 9 излучения на торцевой панели 5 полого радиатора 4 и фиксируют цанговой защелкой 24;
-размещают светоизлучающую оболочку 1 между 485 бортиком б и ограничителями 22 на торцевой панели 5 корпуса радиатора 4 и фиксируют защелки 3 в отверстиях 7 бортика б торцевой панели 5 полого корпуса радиатора 4 ;
-фиксируют защелки 11 переходного конуса 10 на 490 выступах 12, сформированных на конической поверхности 13 полости 15 кольцеобразного корпуса радиатора 4.
В варианте способа изготовления светодиодной лампы, на переходном конусе 10 сформирована 495 поверхностная винтовая направляющая 26 для возможности закрепления резьбового цоколя.
Светодиодная лампа, изготовленная описанным способом, работает следующим образом.
500 Кластером 8 источников 9 излучения, под действием питающего напряжения, созданного электронным преобразователем 14, электрически соединенным с источником (не показан) электрической энергии посредством резьбового
505 цоколя 16, генерируется световой поток ультрафиолетовой или синей области спектра, возбуждающий свечение люминофорных частиц, внедренных в массу светоизлучающей оболочки 1, выполненной из оптически прозрачного материала.
510 Выделяемое источниками 9 излучения тепло переносится за счет теплопроводности на панель 5 радиатора, поверхность которой находится в тепловом контакте с источниками 9 излучения, и рассеивается с ребристой внешней поверхности 18
515 корпуса радиатора 4. Тепло, выделяемое электронным преобразователем 14, размещенным в полости 15 корпуса радиатора 4, отводится от платы теплопередачей через корпус и рассеивается с его поверхности в окружающую среду, а также отводится
520 конвекционным потоком, протекающим через вентиляционные отверстия 25 в переходном цоколе 10 сквозь полость 15 и выносится за пределы корпуса
через прорези 19 в боковой поверхности радиатора 4.
525
Промышленная применимость
Детали и узлы для светодиодной лампы могут быть изготовлены известными способами литья металлов, керамики и пластических масс. Монтаж
530 платы с источниками излучения может быть легко автоматизирован. Окончательная сборка изделия не требует высокой квалификации персонала, что позволяет существенно снизить затраты на изготовление светодиодной лампы. Информации,
535 изложенной в описании, достаточно для понимания специалистом порядка изготовления и особенностей конструкции устройства .
540
545