Предыстория.
Поскольку любое транспортное средство оснащается осветительными приборами, то современному человеку трудно представить, как обходились без них ранее. Скорее всего, создатели первых автомобилей даже и не предусматривали ночные поездки на своих изобретениях. Однако прогресс не стоит на месте, и со временем, машины из диковинных игрушек, стали превращаться в практичные средства передвижения.
До изобретения лампочки главным источником света являлись свечи или масляные горелки, но свет от них был слабым и рассеянным, так что на машинах они могли использоваться только в качестве габаритных огней.
В 1896 году, летчик и авиаконструктор, Луи Блерио предложил использовать для освещения дороги газ ацетилен. Ацетиленовые фары представляют собой сложную конструкцию, а их включение – это целый ритуал. Однако они нашли широкое распространение в качестве паровозных прожекторов, а затем и на автомобилях, в уменьшенном варианте. Для включения прожектора, механику необходимо было вручную открыть кран подачи ацетилена, а затем открыть фары и поджечь в них горелки.
Первая попытка оснастить автомобиль электрическими источниками света закончилась безуспешно, динамо-машины, установленные в 1899 году на автомобиль фирмы "Columbia Automobile Company", не зарекомендовали себя. Французские лампы накаливания с угольной нитью накаливания, запатентованные фирмой "Bassee & Michel", были очень ненадежными, неэкономичными и требовали тяжелых батарей, которые можно было подзарядить только на определенных станциях подзарядки: автомобильные генераторы подходящей мощности еще не изобрели.
Переворот в технологиях освещения произошел после изобретения вольфрамовых нитей накаливания, температура плавления которых составляет 3410°С. Первым "электризованным" автомобилем (с электрической системой освещения, электрическим стартером и зажиганием) стал "Cadillac Model 30 Self-Starter" 1912 года. Через год на электрическую систему освещения перешло треть американских автомобилей, а спустя еще четыре года почти все машины были оснащены ей. А после разработки адаптированной динамо-машины отпала необходимость и в зарядных станциях, поэтому можно судить, что использование электрического освещения технически и экономически целесообразно.
Немного про изобретение лампочки.
Впервые идея использовать в качестве источника света раскаленный материал возникла у немецкого часовщика Генриха Гебеля в 1854 году, который при помощи электричества раскалил до свечения обугленное бамбуковое волокно, вставленное в стеклянную колбу. Однако изобретателю попросту не хватило денег на патент. Немного позднее (когда в его мастерской отключили газ за неуплату) Томас Альва Эдисон принялся разрабатывать электрическую лампу накаливания. Уже к 1880 году он представил исчерпывающие обоснования того, что оптимальным будет использование лампы с угольной нитью накаливания, которая помещена в безвоздушное пространство стеклянного шара. Эдисон придумал и цоколь, но основная конструкция лампы накаливания принадлежит Александру Николаевичу Лодыгину – электротехнику из Тамбовской губернии, который представил свою разработку на шесть лет раньше, чем Эдисон.
Ослепительные идеи.
С появлением электрических и карбидных фар перед автоконструкторами возникла новая проблема – проблема ослепления встречных водителей. Варианты решения предлагались разные: выводили источник света из фокуса линзы, делая его более тусклым, ставили на пути света всяческие шторки, жалюзи и заслонки, включали в электрическую цепь добавочное сопротивление, которое снижало накал нити. Но лучший вариант решения проблемы был предложен фирмой "Bosch", в 1919 году компания разработала фары с двумя нитями накаливания – для ближнего и дальнего света. Первые переключатели располагались недалеко от самих фар, поэтому водители должны были останавливаться и выходить из автомобиля для смены режима свечения. К тому времени уже изобрели рассеиватель – стекло фары, которое покрыто призматическими линзами для отклонения света лампы по сторонам и вниз.
К 1955 году французской фирмой "Cibie" была предложена идея ассиметричного распределения ближнего света, согласно которой "водительская" обочина освещалась слабее, чем "пассажирская". Через два года идея "ассиметричного" света была официально узаконена в Европе.
С 1957 года в США стала активно применяться четырехфарная система освещения с раздельными фарами для ближнего и дальнего света. В данной конструкции две фары имеют одну нить накаливания и используются в качестве дальнего света, другие две (расположенные ближе к боковым габаритам) – двухнитевые, в которых основная нить выполняет функцию ближнего света, а вторая включается только вместе с фарами дальнего света для большей подсветки ближних участков дороги.
Помимо проблемы ослепления встречных водителей, конструкторы испытывали и другую сложность – вольфрамовые нити при чрезмерном нагревании интенсивно испаряются, образуя на стекле фары темный налет. Решение проблемы пришло только во время Первой мировой войны: начиная с 1915 года, лампы стали заполнять смесью азота и аргона. Молекулы смеси газов образуют "барьер", благодаря которому вольфрамовая нить не испаряется. Следующий шаг к усовершенствованию автомобильной светотехники был проведен ближе к середине 20-го столетия. К аргону и азоту стали добавлять другие газообразные соединения брома или йода. Они восстанавливали нить накаливания, возвращая испаренные молекулы вольфрама обратно на спираль. Такая "регенерация" позволила повысить рабочую температуру с 2200 до 2900 градусов, светопередачу с 15 лм/Вт до 25 лм/Вт. Срок службы лампы увеличился в два раза, а теплоотдача снизилась с 90% до 40%, притом размеры стали поменьше.
Эволюция формы.
В течение долгих лет фары оставались круглыми, поскольку это самая дешевая и простая в изготовлении форма параболического отражателя. По соображениям аэродинамики фары стали интегрировать в кузов автомобиля (самые первые интегрированные фары были у "Pierce-Arrow" в 1913 году). Потом на смену круглым фарам пришли прямоугольные (такими был оснащен "Citroen AMI 6" 1961 года). Прямоугольные фары требовали больше места под капотом, они были сложнее в производстве, но в тоже время имели большую площадь отражателя и увеличенный поток света.
Глубину параболического необходимо увеличивать с целью получения более яркого отраженного светового потока. Однако сделать это чересчур трудоемко. Привычные для всех оптические схемы не подходили для дальнейшего развития. Английская фирма "Lucas" предложила использовать в качестве отражателя комбинацию из двух усеченных параболоидов с общим фокусом, но разными фокусными расстояниями. Новинка была применена на автомобиле "Rover Maestro" в 1983 году. В этом же году фирмой "Hella" была представлена концептуальная разработка – "трехосные" фары с эллипсоидным отражателем (Dreiachs Ellipsoid, DE). У эллипсоидного отражателя два фокуса. Лучи, которые выпущены галогенной лампой из первого фокуса, собираются во втором, откуда направляются в собирающую линзу. Лампы такого типа называются прожекторными. Эллипсоидная лампа в режиме ближнего света превосходит параболическую на 9%. Поэтому эти фары хорошо подходят в качестве противотуманок и ближнего света. Первый серийный автомобиль с "трехосными" фарами – BMW седьмой серии 1986 года. Через пару лет эллипсоидные фары получили приставку "Super DE" именно так их назвала фирма "Hella". Теперь профиль отражателя отличался от чисто эллипсоидной формы – он был "свободным" (Free form), причем рассчитан таким образом, чтобы большая часть света проходила над экраном, который отвечает за ближний свет. Благодаря этому нововведению эффективность фар возросла до 52%.
Последующее развитие отражателей без задействования математического моделирования, потому что только компьютер способен создать сложные комбинированные рефлекторы. Если внимательно рассмотреть фары Daewoo Matiz, Hyundai Getz то можно заметить, что отражатели поделены на сегменты, причем у каждого свое фокусное расстояние. Каждая часть многофокусного отражателя отвечает за освещение своего участка дороги. Свет от лампы используется почти в полном объеме, кроме прикрытого колпачком торца лампы. В отражающих фарах нет рассеивателя, поскольку с распределением света и созданием светотеневой границы отлично справляется сам отражатель. Эффективность данных фар сравнима с прожекторными.
Современные отражатели делают из магния, алюминия, термопластика и металлизированного пластика, а закрывают фары поликарбонатом, а не стеклами. Благодаря применению новых материалов удалось снизить массу фары почти на целый килограмм, а впервые пластиковый рассеиватель был установлен на седан "Opel Omega" в 1993 году. Щеточные фары, которые в 1971 году предложила выпускать фирма "Saab", вышли из производства, поскольку поликарбонатные стекла гораздо хуже сопротивляются истиранию, нежели стекла настоящие.
"В новом свете".
Почти век прослужила лампа накаливания на пользу автомобилистам и вот ее время подходит к концу. Достойно "сойти с дистанции" ей помогают благородные газы ксенон и криптон. Первый является одним из лучших наполнителей для ламп накаливания – ксенон позволяет поднять температуру нити накаливания почти до точки плавления вольфрама и приблизить спектр свечения лампы к солнечному.
Правда, нужно различать обычные лампы накаливания, наполненные ксеноном и "ксенон" с ярким голубым свечением, которые устанавливают на дорогие автомобили – это совершенно разные вещи. Ксеноновые газоразрядные фары работают совершенно по другому принципу: вместо нити накаливания, в них светится электрическая дуга, возникающая между электродами при газовом разряде. Впервые лампы с такой системой ("Bosch Litronic") были установлены в 1991 году на серийный автомобиль "BMW 750iL". Газоразрядный "ксенон" по эффективности на голову выше самых совершенных ламп накаливания. КПД таких ламп составляет около 90%, против 60% у галогенных (по потребляемой мощности: 35 Вт против 55 Вт) и светят при этом почти вдвое ярче (3200 лм против 1500 лм). А так как нет нити накаливания, то и перегорать нечему, следовательно и служат такие лампы значительно дольше обычных.
Газоразрядные лампы устроены значительно сложнее, чем кажется на первый взгляд. Необходимо зажечь газовый разряд. Для этого требуется из 12 вольт бортовой сети получить короткий импульс на 25 киловольт переменного тока с частотой до 400 Гц. С этой функцией справляется специальный модуль зажигания. Когда лампа зажглась, напряжение снижается электроникой до 85 вольт, которых достаточно для поддержания разряда.
Из-за сложности конструкции и инерции при зажигании газоразрядные лампы использовались исключительно в качестве ближнего света. Роль "дальнего" по-прежнему выполняли галогенные лампы. Только спустя шесть лет конструкторам удалось объединить дальний и ближний свет в одной лампе. Существует два способа получить "биксенон": 1. При использовании прожекторной фары (наподобие тех, что разработала "Hella") режимы света переключаются экраном, который находится во втором фокусе эллипсоидного отражателя: в режиме ближнего света он отсекает часть лучей. При дальнем свете экран не препятствует световому потоку. 2. В отражающем типе фар "двойное действие" газоразрядной лампы происходит за счет взаимного перемещения рефлектора и источника света. За счет изменения фокусного расстояния меняется и светораспределение.
Интересен тот факт, что фирма "Valeo" опытным путем доказала эффективность раздельного применения газоразрядных ламп для дальнего и ближнего света. По освещенности такой вариант выигрывает до 40%, однако и требует не два модуля зажигания, а четыре. Такими фарами оснащен "Volkswagen Phaeton W12".
Несмотря на все преимущества газоразрядных ламп, у них нет перспектив в развитии. Наибольший успех специалисты пророчат светодиодам.
Светодиод – это полупроводниковый прибор, который излучает свет при прохождении тока. Первоначальное применение светодиодов ограничивалось индикацией – уж слишком тусклыми они были. Но уже в 1992 году фирма "Hella" установила на "BMW Cabrio" центральные стоп-сигналы на основе светодиодов, а сегодня все чаще можно увидеть светодиодные задние фонари, "габариты", стоп-сигналы. Светодиоды срабатывают на 0,2 секунды быстрее обычных ламп накаливания, затрачивают меньше энергии (на примере стоп-сигналов – 10 Вт против 21 Вт) и отличаются почти неограниченным сроком эксплуатации.
Вот только целый ряд препятствий не позволяет светодиодам вытеснить своих конкурентов. Во-первых, даже самые качественные светодиоды можно сопоставить по эффективности только с галогенными лампами (светоотдача – около 25 лм/Вт), но при этом они дороже и требуют специальной системы охлаждения, как и остальные полупроводниковые приборы (компьютерный процессор…). По заверениям конструкторов светодиодные лампы достаточной мощности появятся уже в ближайшее время, а пока им отводят второстепенные функции – дневной свет "Audi A8 W12" (по 5 светодиодов в каждой фаре).
Вслед за рулем.
Сразу после изобретения фар у многих конструкторов возникла идея поворотного механизма, что и логично: освещается только та часть дороги, куда едет машина. По первым попыткам реализации этой идеи сложно было что-нибудь сказать: дельного механизма синхронизации руля и фар сделать не удалось, а правила того времени не позволяли использовать адаптивный свет. Спустя время, фирма "Cibie" попыталась возродить давнюю идею. В 1967 году французами был представлен первый механизм динамической регулировки угла наклона фар, а еще через год поворотные фары дальнего света стали устанавливать на "Citroen DS".
В настоящее время идея поворотного освещения возрождается на новом, "электронном" уровне. Наиболее простое решение – это использование дополнительной боковой лампочки, которая включается при повороте руля или включенном "поворотнике" на скорости до 70 км/ч. На "Porsche Cayenne" и "Audi A8" установлены подобные фары. Следующей ступенью является использование действительно поворотных фар. В них биксеоновый прожектор с учетом угла поворота руля, угловой скорости автомобиля вокруг вертикальной оси ("датчик поворота") и скорости движения поворачивается вслед за рулем в диапазоне 22° - на 7° внутрь и на 15° наружу. Такие фары можно увидеть на "Lexus", "Mercedes", "BMW" и даже "Opel Astra". Третий вариант "адаптивного" света – комбинированный. Статическое освещение работает на небольших скоростях и медленном маневрировании, а на высокой скорости включается только поворотный прожектор. Комбинированными фарами оснащен "Opel Signum".
Но самая интересная из разработок – это "Varilis" (Variable Intelligent lighting system): над этой системой работает фирма "Hella" совместно с другими автопроизводителями. Как вариант существует еще и другая система – "VarioX", позволяющая фарам работать в пяти режимах света. Для этого в "ксеноновом" прожектора вместо экрана, который включает ближний свет, находится цилиндр сложной формы. Режимы свечения переключаются при вращении цилиндра. На скоростных трассах форма светового пучка сужается для большей дальнобойности, а в городе фары светят близко, но широко.
В дальнейшем возможна связь навигационной системы GPS с работой фар автомобиля, объединение головного света и систем ночного видения, но это – тема отдельного разговора.
Европа – Америка.
Европейский подход к системам освещения кардинально отличается от Американского: в Америке вплоть до 1975 года под запретом находились фары некруглой формы и галогенные лампы. Причем в Штатах лампы и фары были объединены в одно целое, и использовались с 1939 года. Герметичность таких приборов позволяла покрывать поверхность рефлектора серебром, отражающая поверхность которого составляет 90% (против 60% у хромированных рефлекторов, которые были распространены в те времена), но в случае поломки менять лампу-фару приходилось целиком.
В Европе с 1957 года принято ассиметричное распределение света с лучшим освещением "пассажирской" обочины и четкой светотеневой границей. На американских дорогах такое нововведение стало появляться лишь с 1997 года, но по-прежнему у большинства машин свет от фар распределялся симметрично, вовсю ослепляя встречных водителей. К тому же в Канаде и США отсутствует единый порядок сертификации осветительных приборов. Производители лишь гарантируют соответствие своего продукта федеральному стандарту по безопасности движения транспортных средств (FMVSS), а подтверждать это приходится, к примеру, в случае аварии по вине приборов освещения.
Предполагается, что официально импортируемые из США машины проверяются на соответствие европейским нормам. "Американские" фары маркируются аббревиатурой DOT (Department of Transport, Министерство транспорта), а "европейские" – буквой "Е" в кружочке с цифрой-кодом страны, где лицензировали фару.
Маркировка фар.
Основные отличия, по которым различают автомобильные фары – это светоотдача и конструкция цоколя. В двухфарных системах чаще всего используют лампы H4 – с двумя нитями накаливания, для ближнего и дальнего света. Их световой поток – 1000/1650 лм. В качестве "противотуманок" используются лампы H8 – с одной нитью и световым потоком в 800 лм. Другие однонитевые лампы H9 – HB3 способны обеспечить только дальний свет (световой поток 2100 и 1860 лм. соответственно). А "универсальные" однонитевые лампы H7 и H11 могут использоваться и для дальнего, и для ближнего света в зависимости от того, в каком отражателе они установлены.
Газоразрядный "ксенон" маркируется иначе. Первые ксеноновые приборы имеют индексы D1R и D1S – они объединены с модулем зажигания. За индексами D2S и D2R подразумеваются газоразрядные лампы второго поколения (S – для прожекторной оптической схемы, а R – для "отражающей").
В этой статье мы детально рассмотрели принцип и устройство автомобильной фары, что же касается фары для мотоциклов, то приобрести их можно - .
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
« До лампочки… »
автомобиль фара ксеноновая лампа
До лампочки были свечи. Или масляные горелки. Но светили они настолько слабо, что ночью автомобиль было проще оставить дома, чем путешествовать "на ощупь".
Первым источником автомобильного света стал газ ацетилен - использовать его для освещения дороги в 1896 году предложил летчик и авиаконструктор Луи Блерио. Запуск ацетиленовых фар - целый ритуал. Сначала требуется открыть краник ацетиленового генератора, чтобы вода закапала на карбид кальция, который находится на дне "бочонка". При взаимодействии карбида с водой образуется ацетилен, который по резиновым трубкам поступает к керамической горелке, что находится в фокусе отражателя. Теперь шофер должен открыть стекло фары, чиркнуть спичкой - и пожалуйста, в светлый путь. Но максимум через четыре часа придется остановиться - для того, чтобы вновь открыть фару, вычистить ее от копоти и заправить генератор новой порцией карбида и воды-
Однако светили карбидные фары на славу. Например, созданные в 1908 году Вестфальской металлопромышленной компанией (так в то время называлась Не11а) ацетиленовые фары освещали до 300 м пути". Столь высокого результата удалось достичь благодаря использованию линз и параболических рефлекторов. Кстати, сам параболический отражатель еще в 1779 году изобрел Иван Петрович Кулибин - тот самый Кулибин, который создал трехколесную "самокату" с маховиком и с прообразом коробки передач.
Первая автомобильная лампа накаливания была запатентована еще в 1899 году французской фирмой Bassee & Michel. Но вплоть до 1910 года лампы с угольной нитью накаливания были ненадежными, очень неэкономичными и требовали тяжелых батарей увеличенного размера, которые к тому же зависели от станций подзарядки: автомобильных генераторов подходящей мощности еще не существовало. И тут произошел переворот в "осветительных” технологиях - нити накаливания стали делать из тугоплавкого вольфрама (температура плавления 3410 С), который не выгорал". Первым серийным автомобилем с электрическим светом (а еще - с электрическим стартером и зажиганием) стал Cadillac Model 30 Self Starter (“самозапуска - ющийся”) 1912 года. Уже через год 37% американских автомобилей имели электроосвещение, а еще через четыре - 99%! С разработкой подходящей динамомашины исчезла и зависимость от зарядных станций.
Кстати, если вы думаете, что лампу накаливания изобрел Томас Альва Эдисон, то это не совсем так. Да, именно Эдисон всерьез занялся лампочками, когда газ в его мастерской отключили за неуплату. И именно Эдисон в 1880 году представил исчерпывающее обоснование того, что следует использовать лампы с угольной нитью накаливания, помещенной в безвоздушное пространство стеклянного шара. Эдисон придумал и цоколь. Но базовая конструкция лампы накаливания принадлежит русскому электротехнику Александру Николаевичу Лодыгину, уроженцу Тамбовской губернии. Свою разработку он представил на шесть лет раньше. Более того, исторические документы упоминают некоего немецкого часовщика Генриха Гебеля, который сумел с помощью электричества раскалить до свечения обугленное бамбуковое волокно, вставленное в стеклянную колбу, аж 150 лет назад, в 1854 году. Вот только на патент у Гебеля банально не хватало денег...
Ослепительные идеи
Впервые проблема ослепления встречных водителей возникла с появлением карбидных фар. Боролись с ней по-разному: перемещали рефлектор, выводя из его фокуса источник света, с той же целью двигали саму горелку, а также ставили на пути света различные шторки, заслонки и жалюзи. А когда в фарах засветилась лампа накаливания, в электрическую цепь при встречных разъездах даже включали добавочные сопротивления, снижавшие накал нити. Но лучшее решение предложила фирма Bosch, в 1919 году создавшая лампу с двумя нитями накаливания - для дальнего и ближнего света. К тому времени уже был придуман рассеиватель - покрытое призматическими линзами стекло фары, отклоняющее свет лампы вниз и по сторонам. С тех пор перед конструкторами стоят две противоположные задачи: максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей.
Увеличить яркость ламп накаливания можно, подняв температуру нити. Но при этом вольфрам начинает интенсивно испаряться. Если внутри лампы вакуум, тo атомы вольфрама постепенно оседают на колбе, покрывая ее изнутри темным налетом. Решение проблемы нашли во время Первой мировой войны: с 1915 года лампы стали заполнять смесью аргона и азота. Молекулы газов образуют своеобразный “барьер”, препятствующий испарению вольфрама. А следующий шаг был сделан уже в конце 50-х годов: колбу стали наполнять галогенидами, газообразными соединениями йода или брома. Они “связывают” испаряющийся вольфрам и возвращают его на спираль. Первую галогенную лампу для автомобиля представила в 1962 году Не11а - "регенерация" нити позволила поднять рабочую температуру с 2500 К до
3200 К, что увеличило светоотдачу в полтора раза, с 15 лм/Вт до 25 лм/Вт. При этом ресурс ламп вырос вдвое, теплоотдача снизилась с 90% до 40%, а размеры стали меньше (галогенный цикл требует близости нити и стеклянной “оболочки”).
А главный шаг в решении проблемы ослепления был сделан в середине 50х - французская фирма Cible в 1955 году предложила идею асимметричного распределения ближнего света для того, чтобы “пассажирская” обочина освещалась дальше "водительской". И через два года "асимметричный" свет в Европе был узаконен.
На протяжении многих лет фары оставались круглыми - это наиболее простая и дешевая в изготовлении форма параболического отражателя. Но порыв "аэродинамического" ветра сначала “задул” фары в крылья автомобиля (впервые интегрированные фары появились у Рiегсе-Arrow в 1913 году), а затем превратил круг в прямоугольник (прямоугольными фарами оснащался уже Сitroen AMI 6 1961 года). Такие фары были сложнее в производстве, требовали больше подкапотного пространства. но вместе с меньшими вертикальными габаритами имели большую площадь отражателя и увеличенный светопоток.
Чтобы заставить такую фару ярко светить при меньших габаритах, следовало придать параболическому отражателю (в прямоугольных фарах - усеченный параболоид) еще большую глубину. А это было чересчур трудоемко. В общем, привычные оптические схемы для дальнейшего развития не годились. Тогда английская фирма Lucas предложила использовать "гомофокальный" отражатель - комбинацию двух усеченных параболоидов с разными фокусными расстояниями, но с общим фокусом. Одним из первых новинку примерил Austin-Rover Maestro в 1983 году. В том же году фирма Не11а представила концептуальную разработку - трехосные" фары с отражателем эллипсоидной формы (DЕ, DreiachsEllipsoid). Дело в том, что у эллипсоидного отражателя сразу два фокуса. Лучи, выпущенные галогенной лампой из первого фокуса, собираются во втором, откуда направляются в собирающую линзу. Такой тип фар называют прожекторным. Эффективность "эллипсоидной* фары в режиме ближнего света превосходила “параболическую” на 9% (обычные фары отправляли по назначению лишь 27% света) при диаметре всего в 60 миллиметров. Эти фары предназначались для противотуманного и ближнего света (во втором фокусе размещался экран, создающий асимметричную светотеневую границу). А первым серийным автомобилем с "трехосными" фарами стала "семерка" ВМW в конце 1986 года. Еще через два года эллипсоидные фары стали просто супер! Точнее - Super DЕ, как называла их Нella. На этот раз профиль отражателя отличался от чисто эллипсоидной формы - он был "свободным" (Fгее Fоrm), рассчитанным таким образом, чтобы основная часть света проходила над экраном, отвечающим за ближний свет. Эффективность фар возросла до 52%.
Дальнейшее развитие отражателей было бы невозможно без математического моделирования - компьютеры позволяют создавать самые сложные комбинированные рефлекторы. Взгляните, к примеру, в "глаза" таких машин, как Daewoo Matiz, Hyundai Getz или "молодая" Газель. Их отражатели поделены на сегменты, каждый из которых имеет свой фокус и фокусное расстояние. Каждая “долька” многофокусного отражателя отвечает за освещение "своего" участка дороги. Свет лампы используется почти полностью - за исключением разве что торца лампы, прикрытого колпачком. А рассеиватель, то есть стекло с множеством “встроенных” линз, теперь не нужен - отражатель сам отлично справляется с распределением света и созданием светотеневой границы. Эффективность таких фар, называемых отражающими, близка к прожекторным.
Современные отражатели "формируют" из термопластика, алюминия, магния и термосета (металлизированного пластика), а накрывают фары не стеклами, а поликарбонатом. Впервые пластиковый рассеиватель появился в 1993 году на седане Ореl Оmega - это позволило снизить массу фары почти на килограмм! Но зато поликарбонатные "стекла" гораздо хуже сопротивляются истиранию, нежели стекла настоящие. Поэтому щеточных очистителей фар, которые еще в 1971 году предложил Saab, больше не делают...
В новом свете
Вековое господство лампы накаливания близится к концу. Достойно “завершить карьеру” ей помогают благородные газы криптон и ксенон. Последний считается одним из лучших наполнителей для ламп накаливания - с ксеноном можно поднять температуру нити вплотную к точке плавлению вольфрама и приблизить свет по спектру свечения к солнечному.
Но наполненные ксеноном обычные лампы накаливания - это одно. А “ксенон” с ярким голубым свечением, который применяют на дорогих автомобилях, - это принципиально другое. В ксеноновых газоразрядных лампах светится не раскаленная нить, а сам газ - вернее, электрическая дуга, которая возникает между электродами при газовом разряде при подаче высоковольтного напряжения. Впервые такие лампы (Bosch, Litronic) были установлены на серийном BMW 750iL в 1991 году. Газоразрядный "ксенон" на голову эффективнее самых совершенных ламп накаливания - на бесполезный нагрев здесь расходуется не 40% электроэнергии, а всего 7-8%. Соответственно, газоразрядные лампы потребляют меньше энергии (35 Вт против 55 Вт у галогенных) и светят при этом вдвое ярче (3200 лм против 1500 лм). А поскольку нити нет, то и перегорать нечему - ксеноновые газоразрядные лампы служат гораздо дольше обычных.
Но устроены газоразрядные лампы сложнее. Главная задача - зажечь газовый разряд. Для этого из 12 "постоянных" вольт бортовой сети нужно получить короткий импульс из 25 киловольт - причем переменного тока, с частотой до 400 Гц! Для этого служит специальный модуль зажигания. Когда лампа зажглась (для разогрева требуется некоторое время), электроника снижает напряжение до 85 вольт, достаточных для поддержания разряда.
Сложность конструкции и инерция при зажигании ограничили первоначальное применение газоразрядных ламп режимом ближнего света. Дальний светил по старинке - "галогенкой". Объединить ближний и дальний свет в одной фаре конструкторы смогли через шесть лет, причем существует два способа получить “биксенон”. Если используется прожекторная фара (как та, что придумала Не11а), то переключение режимов света осуществляется экраном, находящимся во втором фокусе эллипсоидного отражателя; в режиме ближнего света он отсекает часть лучей. При дальнем экран прячется и не препятствует световому потоку. А в отражающем типе фар “двойное действие” газоразрядной лампы обеспечивается взаимным перемещением рефлектора и источника света. В итоге вслед за фокусным расстоянием изменяется и светораспределение.
Но по данным французской фирмы Vа1ео, применив отдельные газоразрядные лампы для ближнего и дальнего света, можно достичь на 40% лучшей освещенности, чем у "биксенона". Правда, модулей зажигания требуется уже не два, а четыре - такие фары имеет дорогой Volkswagen Phaeton W12.
Однако будущее газоразрядных ламп вовсе не такое яркое, как излучаемый ими свет. Наибольший успех специалисты прочат светодиодам.
Светодиод - это полупроводниковый прибор, излучающий свет при прохождении тока. До начала 90-х их автомобильное применение ограничивалось индикацией - уж слишком низкой была светоотдача. Однако уже в 1992 году Не11а оснастила "трешку" ВМW Сabrio центральным стоп-сигналом на основе светодиодов, и сегодня они все шире используются в задних фонарях в качестве “габаритов” и стоп-сигналов. Светодиоды срабатывают на 0,2 секунды быстрее традиционных лампочек, тратят меньше энергии (для стоп-сигналов - 10 Вт против 21 Вт) и отличаются почти неограниченным сроком службы.
Но для того, чтобы заменить лампы светодиодами в фарах головного света, нужно преодолеть ряд препятствий. Во-первых, даже самые лучшие светодиоды по эффективности пока сопоставимы только с галогенными лампами (светоотдача - около 25 люменов на ватт). При этом они дороже и требуют специальной системы охлаждения - ведь это такие же полупроводниковые приборы, как и процессоры компьютеров. Но разработчики уверяют, что к 2008 году светоотдача диодов достигнет уже 70 лм/Вт (у нынешнего "ксенона" - 90 лм/Вт). Так что первые серийные светодиодные фары могут появиться в 2010 году. А пока полупроводникам поручают второстепенные функции - например, постоянный "дневной свет", как это сделала Не11а, расположив в каждой фаре Audi A8 W12 по пять светодиодов.
Период адаптации
Попытки повернуть фары автомобиля вслед за рулем люди начали предпринимать сразу после появления самих фар. Ведь это удобно - освещать ту часть дороги, куда ты едешь. Однако механическая связь фар и руля не позволяла соотносить угол поворота лучей со скоростью движения, и правила начала века "адаптивный" свет просто запрещали. Попытку возродить оригинальную идею осуществила фирма Cible. В 1967 французы представили первый механизм динамической регулировки угла наклона фар, а через год на Citroen DS начали ставить поворотные фары дальнего света.
Теперь идея поворотного освещения возрождается - на новом, “электронном”, уровне. Самое простое решение - дополнительная "боковая" лампочка, которая загорается при повороте руля или включенном “поворотнике” на скорости до 70 км/ч - Подобные фары имеют, к примеру, Аudi А8 (первое применение) и Porsche Сауеnnе. Следующая ступень - действительно поворотные фары. В них биксеноновый прожектор с учетом скорости движения, угла поворота руля и угловой скорости автомобиля вокруг вертикальной оси (“датчик поворота”) поворачивается вслед за рулем в пределах 22° - на 15° наружу и на 7° внутрь. Такими фарами оснащаются и ВМW, и Мегсedes, и Lexus, и даже Оре1 Аstra. Третий вариант "адаптивного" света - комбинированный. На высоких скоростях активен только поворотный прожектор, а в медленных поворотах или при маневрировании “подключается” статическое освещение (оно имеет больший угол охвата - до 90"), Такими фарами оснащен Оре1 Signum.
Но, пожалуй, самая интересная из разработок - это VARILIS: система, которую Нella разрабатывает вместе с несколькими автопроизводителями. Сокращение расшифровывается как Variable Intelligent Iignting system. Одна из вариаций - система VarioX, которая позволяет фаре работать в пяти режимах света. Для этого в "ксеноновом" прожекторе вместо экрана, включающего ближний свет, находится цилиндр сложной формы. Смена режимов света происходит при вращении цилиндра. Так, например, в городе фары светят близко, но широко, а на трассе ближний свет немного изменяет форму пучка - для большей дальнобойности. Ожидается, что к серийному производству VarioX будет готов в 2006 году. А чуть позже европейские правила позволят связать фары с системой GPS. Одной из первых такую разработку представила ВМW в 2001 году. Вспомните концепт-кар Х-Соuре с асимметричным дизайном. Фары у него поворачивались по команде GPS-навигатора с учетом скорости движения, угла поворота руля и бокового ускорения. А еще навигационная система позволит "предугадывать" повороты и давать команду на автоматическое изменение светораспределения, скажем, при пересечении английской границы - ведь система VarioX позволяет и это!
А следующий шаг - объединение головного света и систем ночного видения. Но это - тема отдельного разговора…
Америка-Европа
Подход к системам освещения в Старом свете и за океаном различается кардинально. Начнем с того, что американские законы вплоть до 1975 года запрещали использование фар не круглой формы и галогенных ламп! Причем в Штатах лампа и фара были объединены в одно целое - лампы-фары за океаном использовали с 1939 года. Преимущество у таких приборов было одно - герметичность лампы-фары позволяла покрывать поверхность рефлектора серебром, отражающая способность которого достигает 90% (против 60% у распространенных в те времена хромированных рефлекторов). Но менять лампу-фару, естественно, приходилось целиком.
А главное отличие - в Европе с 1957 года принято асимметричное светораспределение с лучшим освещением "пассажирской" обочины и с четкой светотеневой границей. Но е Америке использование фар с границей света и теми разрешили только с 1997 года. Разрешили, но не потребовали! Свет "американских" фар распределяется почти симметрично, вовсю ослепляя встречных водителей. К тому же американцы регулируют фары только по вертикали. А еще в США и Канаде отсутствует единый порядок сертификации приборов освещения. Каждый производитель лишь гарантирует соответствие своих фар федеральному стандарту по безопасности движения транспортных средств (FMVSS), а подтверждать это приходится, например, в случае аварии по вине световых приборов.
Предполагается, что официально импортируемые из США автомобили проходят проверку на соответствие европейским нормам. “Американские” фары маркируются аббревиатурой DОТ (Department Of Transport, Министерство транспорта), а “европейские” - буквой "Е" в кружочке с цифрой-кодом страны, где фара одобрена для использования (Е1 - Германия, Е2 - Франция, и т.д.).
Следует учесть, что при прохождении техосмотра в России “американские” фары и головная оптика "праворульных" машин могут создать проблемы, так как нормативный документ, ГОСТ Р 51709-2001, регламентирует “левоасимметричное” распределение света и четкую светотеневую границу.
H1 - D2: ход конем
Автомобильные лампы отличаются, как правило, конструкцией цоколя и светоотдачей. Например, в двухфарных системах чаще всего используются лампы H2 - с двумя нитями накаливания, для дальнего и для ближнего света. Их световой поток - 1650/1000 лм. В “противотуманках” светят лампы Н8 - однонитевые, со светопотоком в 800 лм. Другие однонитевые лампы Н9 и НВЗ могут обеспечивать только дальний свет (светопоток 2100 и 1860 лм соответственно). А “универсальные” однонитевые лампы Н7 и Н11 могут использоваться и для ближнего, и для дальнего света - в зависимости от того, в каком отражателе они установлены. И как всегда, качество лампы зависит от конкретного производителя, оборудования, концентрации и типов газов (например, лампы Н7 и Н9 иногда заполняют не галогенами, а ксеноном).
У газоразрядного "ксенона" другие обозначения. Первыми ксеноновыми лампами были приборы с индексами D1R и D1S - они были объединены с модулем зажигания. А за индексами D2R и D2S скрываются газоразрядные лампы второго поколения (R - для “отражающей” оптической схемы, S - для прожекторной).
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Газ ацетилен - первый источник автомобильного света, предложен летчиком и авиаконструктором Луи Блерио. Параболический отражатель И.П. Кулибина. Борьба с проблемой ослепления встречных водителей с появлением карбидных фар. Идея поворотного освещения.
доклад , добавлен 28.12.2008
История возникновения автомобильного транспорта и начало зарождения транспортной промышленности в республике, прокладка первых автомобильных дорог. Транспорт как особая сфера жизни общества, его современное состояние и влияние на тувинскую экономику.
курсовая работа , добавлен 15.09.2010
Устройство, схема работы, световой спектр излучения и яркость освещения ксеноновой лампы. Достоинства ксенона, его преимущества перед галогеном. Блок розжига газа. Соответствие температуры и цвета ксеноновых ламп. Принцип работы галогенной оптики.
курсовая работа , добавлен 27.11.2015
Первый британский автомобиль, название которого указывало на объем двигателя, а не на его мощность - это Bentley 3-liter, созданный Уолтером Бентли и его другом Фрэнком Берджессом. История бренда BMW. Первый легковой "Кадиллак". Начало компании Jaguar.
презентация , добавлен 20.09.2015
Планировка вагона, расчет освещения. Коэффициент использования светового потока. Мощность люминесцентных ламп в пассажирском салоне, служебном отделении и хозяйственном помещении. Суммарная мощность люминесцентных ламп. Группа светильников в вагоне.
контрольная работа , добавлен 08.04.2015
Расчет технико-эксплуатационных показателей использования на маршруте при перевозке грузов: потребности в автомобилях, определение количества постов погрузки, разгрузки, их рациональное распределение, численность водителей для выполнения программы.
курсовая работа , добавлен 26.04.2009
Основные виды транспорта. Особенности автомобильного транспорта. Спрос на грузовые автомобильные перевозки. Транспорт общего пользования и предприятий. Структура мирового грузо- и пассажирооборота. Классификация грузовых автомобильных перевозок.
презентация , добавлен 06.11.2014
Краткая характеристика современного автомобильного рынка. Доля США в списке крупнейших стран-производителей машин. Место на рынке, объемы производства и продаж крупнейших американских автомобильных корпораций: Ford, General Motors, Toyota и Nissan.
презентация , добавлен 28.04.2011
Российский рынок международных автомобильных перевозок грузов. Международные автомобильные перевозки, как один из значимых и конкурентоспособных секторов российской экономики. Товарная структура международных автомобильных перевозок. Экспорт и импорт.
презентация , добавлен 15.04.2017
Устройство и маркировка автомобильных шин. Конструкция колес легковых автомобилей. Взаимодействие шин с дорогой. Долговечность, износостойкость и дисбаланс шин. Ремонт покрышек в условиях автопредприятия. Эксплуатация зимних шин на грузовых автомобилях.
Портал сайт проследил за тем, как менялась конструкция автомобильных фар, и выяснил, какой будет светотехника на массовых авто в недалеком будущем.
Сегодня в это сложно поверить, но на первых автомобилях устройств, которые сейчас официально именуются «световыми приборами», не было вовсе! Езда на «самобеглых экипажах» во времена Готтлиба Даймлера и Карла Бенца была весьма рискованным занятием и в светлое время суток. А уж о том, чтобы ездить ночью, мало кто помышлял.
Фото: Oldmotor.com; Media.daimler.com
Однако с началом эры массового распространения автомобилей проблему освещения дороги непосредственно перед движущейся машиной решать было просто необходимо!..
«Керосинки»
Первые автомобильные фары представляли собой просто-напросто керосиновые лампы. Их главными преимуществами на тот момент была простая, как правда, конструкция, а также возможность максимальной унификации со светильниками, массово распространенными в быту.
На этом, однако, все плюсы «керосинок» для автомобилиста заканчивались, поскольку со своей основной задачей такие фары справлялись отвратительно. Они не столько освещали путь перед машиной, сколько обозначали ее присутствие на дороге. На автомобилях тех лет применялись также масляные светильники, и по эффективности они соответствовали «керосинкам». Замена им была разработана весьма быстро.
С паровоза на автомобиль
В 1896 году, всего через 10 лет после того, как Карл Бенц получил патент на свой первый автомобиль, авиаконструктор Луи Блерио предложил использовать на машинах ацетиленовые фары. Аналогичной конструкции прожекторы активно применялись в то время на… паровозах!
Фото: Tomislav Medak/Wikipedia.org
Дорогу такие фары освещали уже вполне сносно, но активное их использование сопровождалось для водителя «танцами с бубном». Чтобы включить головной свет, нужно было открыть кран подачи ацетилена, затем открыть стеклянные колпаки самих фар и, наконец, зажечь спичкой горелки. Ацетилен при этом вырабатывался прямо на ходу: в отдельном баке, разделенном на два отсека, в который перед поездкой нужно было засыпать карбид кальция и залить воду.
Ацетиленовые светильники, к слову, применяются до сих пор. Например, на расположенных в отдаленных районах маяках – в случае, если для них невозможно или невыгодно вести отдельную линию электропередачи или ставить автономный генератор.
Плюс электрификация всех авто
Хорошо знакомые нам электрические фары стали широко применяться на автомобилях с начала 20-х годов XX века. Впрочем, на моделях класса «люкс» их начали использовать даже раньше: с середины 10-х гг. – практически сразу после изобретения. Одними из первых электрофары в стандартной комплектации получили Cadillac Model 30 и легендарный Rolls-Royce Silver Ghost.
По сути, первые подобные фары представляли собой электрические прожекторы, и с основной своей задачей они, естественно, справлялись на ура. Возникла, однако, другая проблема: водители, ехавшие ночью встречными курсами, нещадно ослепляли друг друга. Так появились первые корректоры фар, причем разных типов: рычажные, тросовые, гидравлические. Некоторые производители выводили на переднюю панель рычажок реостата, которым водитель мог отрегулировать яркость ламп.
До чего дошел прогресс…
На первый взгляд современные автомобильные фары далеко «уехали» от прожекторов начала 20-х. Отчасти это действительно так, но… Как говорят в Одессе, вы будете смеяться: в целом конструктивная схема фар головного света и сегодня остается той же! Они по сию пору состоят из корпуса, отражателя, рассеивателя и лампы – источника света.
Прогресс, однако, на месте не стоит, и в рамках этой нехитрой принципиальной схемы конструкция автомобильной фары регулярно дополнялась важными элементами, делавшими ее все более функциональной, долговечной, удобной и безопасной в использовании.
Так, в 1919 году компания Bosch представила лампу с двумя нитями накаливания. Вкупе с изобретенным к тому временем рассеивателем это был важный шаг на пути решения проблемы, над которой бились конструкторы все предыдущие десятилетия: как эффективно освещать дорогу и при этом не слепить встречных?
В середине 50-х французская фирма Cibie предложила революционное по тем временам решение, применяемое до сих пор. Идея состояла в создании асимметричного пучка света, чтобы со стороны водителя фары светили ближе, чем со стороны пассажира. С 1957 года подобное распределение света входит во все европейские технические регламенты для автомобилей массового производства.
В 1962 году компания Hella представила первую автомобильную галогенную лампу. Колба такой лампы заполняется галогенидами – газообразными соединениями йода или брома, препятствующими активному испарению вольфрама с нити накаливания. В итоге светоотдача «галогенки» выросла в полтора раза по сравнению с лампами прежних поколений, ресурс – сразу вдвое, снизилась теплоотдача, да еще и сама лампа стала гораздо компактнее! Галогенные лампы до сих пор остаются «золотым стандартом» в области автомобильной светотехники.
Примерно в те же годы стали производиться автомобили с фарами прямоугольной формы. Затем, с внедрением технологий компьютерного моделирования, конструкторы получили возможность создавать комбинированные рефлекторы сложной формы: с делением на сегменты, каждый из которых по-разному фокусирует световой пучок.
В 1993 году Opel впервые применил на массовом автомобиле (модель Omega) пластиковый поликарбонатный рассеиватель. Это улучшило светопропускание фары и радикально снизило ее общую массу: почти на килограмм.
В конце 90-х – начале 2 000-х началось широкое применение так называемых поворотных фар, световой пучок в которых направлялся вправо/влево вслед за соответствующим поворотом рулевого колеса. Первые эксперименты в этом направлении начались практически сразу после изобретения электрических фар. Однако вскоре попали чуть ли не под законодательный запрет: технологии того времени не позволяли менять направление светового потока так быстро, как это было необходимо во время движения автомобиля.
Довести идею до ума одной из первых смогла компания Citroen при технической поддержке уже упомянутой фирмы Cibie. Первые поворотные фары дальнего света появились в 1968 году на легендарной модели DS.
К слову, сегодня функция освещения траектории движения в повороте отнюдь не всегда реализуется за счет поворачивающегося прожектора. На недорогих машинах эта задача возлагается на дополнительные боковые лампочки или «противотуманки».
Впрочем, даже самый «продвинутый» вариант поворотного света – комбинированный, при котором на малых скоростях включаются боковые лампы, а на высоких – поворачивающиеся прожекторы, – перестал быть уделом моделей класса «Люкс». Такие фары доступны и на автомобилях гольф-класса. Хотя опция эта – отнюдь не дешевая…
В настоящее же время мы наблюдаем, по сути дела, закат «карьеры» лампы накаливания как основного источника света в автомобильных фарах. Эффектную точку в ней призваны поставить газоразрядные лампы. Более известные широкой публике как ксеноновые.
Даже в самом простом варианте использования ксенона – в качестве заполнителя колбы лампы накаливания – эффективность освещения существенно возрастает, а световой поток приближается по спектру к солнечному излучению.
Максимальной же эффективности работы традиционных фар можно добиться при использовании ксеноновых газоразрядных ламп, в которых светится не вольфрамовая нить, а сам газ при подаче высокого напряжения. «Ксенон» потребляет значительно меньше энергии, светит вдвое ярче обычных «галогенок», а служит при этом гораздо дольше за счет принципиального отсутствия хрупкой нити.
«Безламповое» будущее
Но, как бы ни были эффективны ксеноновые лампы, – будущее, по мнению специалистов, за фарами на основе светодиодов. Инженеры Philips, например, заявляют, что уже в ближайшее время такие фары вытеснят не только «ксенон», но и галогеновые лампы.
Светодиоды потребляют меньше энергии, нежели традиционные лампы, а служат едва ли не на порядок дольше. Но главное – устройство светодиодных фар проще, чем ксеноновых, а кроме того у них практически отсутствует характерная для «ксенона» инерция при включении.
Первыми серийными автомобилями с оптикой на светодиодах были, как водится, люксовые модели. В 1992 году BMW 3-Series Cabrio получил центральный светодиодный стоп-сигнал, в начале 2000-х на Audi A8 W12 появились светодиодные дневные ходовые огни. А на Lexus LS 600h 2008 года передние блок-фары впервые в мире стали полностью светодиодными.
Ну а сегодня такие системы головного освещения уже не являются экзотикой. Полностью светодиодные фары (правда, пока только в качестве опции) получил, например Seat Leon нового поколения.
Думается, пройдет совсем немного времени – и подобные фары будут столь же привычны на массовых авто, как и сегодняшние «галогенки»…
Еще один «стандарт будущего», о котором нельзя не сказать: на концептах немецких производителей – Audi и BMW — уже используются лазерные фары.
И если Audi со слов исполнительного директора Руперта Штадлера собирается оснащать лазерной оптикой серийные модели, но не называет никаких конкретных дат, то в BMW уже предлагают лазерные фары в качестве опции для спортивного гибрида i8, серийный выпуск которого назначен на 2014 год.
В январе текущего года на выставке потребительской электроники CES в Лас-Вегасе во время демонстрации концепт-кара Audi Sport quattro, оснащенного инновационными фарами, компания производитель рассказала про отличительные особенности лазерных диодов от традиционных, упомянув дальность освещения – фантастические 500 метров!
Экономичность, компактность и могучая интенсивность света — вот безусловные козыри лазерной оптики. Естественно никто не будет светить лазером в глаза встречному потоку, тем более что решение, как сделать работу таких элементов безопасным, уже есть… Встречаем будущее!
Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является изменение цвета и интенсивности света. Лампа (100) содержит, по меньшей мере, один генерирующий свет элемент (2), частично прозрачный абажур (5), расположенный с окружением генерирующего свет элемента (2) на протяжении угла по меньшей мере 180°, но предпочтительно 360°, по меньшей мере один жидкокристаллический экран (10), расположенный между генерирующим свет элементом и абажуром, и контроллер (20) для управления жидкокристаллическим экраном так, чтобы при работе жидкокристаллический экран имел участки, имеющие взаимно изменяющееся пропускание между 0% и 100%, чтобы отображалось изображение. В горизонтальном поперечном сечении жидкокристаллический экран продолжается по двум измерениям, с вогнутой стороной к генерирующему свет элементу. Предпочтительно, чтобы жидкокристаллический экран был гибким и мог быть согнут до цилиндрической формы вокруг генерирующего свет элемента. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Рисунки к патенту РФ 2521865
Область техники, к которой относится изобретение
В общем настоящее изобретение относится к лампе, содержащей по меньшей мере один генерирующий свет элемент, реализуемый в виде лампы накаливания, газоразрядного элемента или светоизлучающего диода, и частично прозрачный абажур (5), расположенный с окружением генерирующего свет элемента (2) на протяжении угла по меньшей мере 180°.
Уровень техники
На фигуре 1 схематично показана лампа 1, содержащая один или несколько реальных генерирующих свет элементов 2, установленных на основании 3. Источник напряжения или источник тока для генерирующего свет элемента (элементов) 2 может быть расположен в основании 3 и может содержать батарею (непоказанную) в качестве источника питания или сетевой шнур с вилкой 4 для подключения к электрической сети. Генерирующий свет элемент (элементы) 2 может быть реализован в виде лампочки накаливания или газоразрядного элемента, например, такого как TL или PL, или светоизлучающего диода (LED).
Лампа 1 также содержит колпак или абажур 5. Абажур 5 служит, с одной стороны, для защиты генерирующего свет элемента 2, а с другой стороны, он служит украшением. Обычно абажур 5 является диффузно прозрачным, так что генерирующий свет элемент 2 скрыт от непосредственного наблюдения, при этом, когда генерирующий свет элемент 2 включен, он освещает абажур 5. Форма абажура 5 изменяется в зависимости от формы лампы 1. В схематично показанном варианте осуществления абажур 5 имеет форму части конуса, но как вариант абажур 5, окружая генерирующий свет элемент 2, может иметь, например, форму шара, цилиндрическую форму, коробчатую форму или любую другую форму. Лампа имеет свойственную ориентацию для закрепления на стене или, как на чертеже, для расположения на поверхности, и в этом случае лампа имеет верхнюю сторону и нижнюю сторону; в отношении этой ориентации будут использоваться «вертикальное» и «горизонтальное» направления. В варианте свободно стоящей конструкции абажур 5 окружает генерирующий свет элемент 2 на протяжении 360° в горизонтальном направлении, но в варианте осуществления с закреплением на стене абажур 5 окружает генерирующий свет элемент 2 на протяжении 180° в горизонтальном направлении.
US2007/0086199 A1 раскрывает генерирующий свет элемент, имеющий источник белого света, окруженный внешней оболочкой, которая выполнена за одно целое с генерирующим свет элементом и образована из одного или нескольких жидкокристаллических фильтров, которые способны блокировать определенные цвета света, позволяя проходить другим цветам света. Жидкокристаллические фильтры могут быть соединены с электронными схемами для управления фильтрующими свойствами жидкокристаллических фильтров, так что генерирующий свет элемент может генерировать свет различных цветов.
Сущность изобретения
Обычно пользователь может только включать или выключать лампу. В настоящее время пользователь обладает дополнительны контролем над светом, излучаемым лампой, который включает в себя возможность изменения интенсивности света между нормальной (100%) и практически нулевой и возможность изменения цвета, особенно в случае светодиодной лампы.
Задача настоящего изобретения заключается в создании лампы, предоставляющей пользователю дополнительные возможности по адаптации лампы к его потребностям в освещении.
В соответствии с настоящим изобретением лампа типа, описанного выше, снабжена, по меньшей мере, одним жидкокристаллическим экраном, расположенным отдельно от генерирующего свет элемента между генерирующим свет элементом и абажуром, и контроллером, выполненным с возможностью управления жидкокристаллическим экраном так, чтобы при работе жидкокристаллический экран имел участки, имеющие взаимно изменяющееся пропускание между 0% и 100%, так, чтобы отображалось изображение. В результате отображаемое изображение будет проецироваться на абажур, так что это изображение будет частью внешнего вида лампы.
Дополнительные предпочтительные уточнения упоминаются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения будут дополнительно пояснены в нижеследующем описании одного или нескольких предпочтительных вариантов осуществлений с обращением к чертежам, на которых одинаковыми позициями обозначены аналогичные детали, при этом указания «ниже/выше», «более высокий/низкий», «влево/вправо» и т.д. относятся только к ориентации, отображаемой на чертежах, на которых:
фигура 1 - схематичный вид обычной лампы;
фигура 2 - схема, схематично иллюстрирующая настоящее изобретение;
фигура 3А - вид, схематично иллюстрирующий вариант осуществления лампы согласно настоящему изобретению, приведенный для сравнения с фигурой 1;
фигуры 3В и 3С - схематичные виды сверху лампы фигуры 3А и
фигуры 4А-4С - виды сбоку нескольких вариантов осуществления лампы согласно настоящему изобретению.
Подробное описание изобретения
На фигуре 2 представлена функциональная схема, схематично иллюстрирующая принцип работы лампы 100 согласно настоящему изобретению. Жидкокристаллический экран 10 расположен между генерирующим свет элементом (элементами) 2 и абажуром 5, а контроллер 20 предусмотрен для управления жидкокристаллическим экраном 10 так, чтобы отображалось определенное изображение. Поскольку жидкокристаллические экраны являются по существу известными, более подробное пояснение опущено. Кроме того, поскольку контроллеры для жидкокристаллических экранов являются по существу известными, более подробное пояснение опущено. При работе жидкокристаллический экран 10, отображающий изображение, будет иметь участки 11, показывающие низкое пропускание, и эти участки будут воспроизводиться просто как «темные», и участки 12, показывающие высокое пропускание, и эти участки будут воспроизводиться просто как «светлые». Конечно, на практике жидкокристаллический экран 10 может иметь участки с пропусканием, изменяющемся между 0% и 100%. Генерирующий свет элемент (элементы) 2 генерирует свет 30, который проходит (31) через жидкокристаллический экран 10 в соответствии с локальным коэффициентом пропускания жидкокристаллического экрана 10. Свет 31, проходящий через жидкокристаллический экран 10, достигает абажура 5 и проецирует проекцию жидкокристаллического экрана 10 на абажур 5. Абажур 5 является полупрозрачным, с рассеивающими свойствами. Например, абажур можно выполнять стеклянным или пластмассовым хорошо известного «молочного» типа, или абажур можно выполнять из ткани, тонко строганного шпона и т.д. В любом случае пользователь U фактически не может «смотреть» сквозь абажур 5: он видит только освещенный абажур, который кажется излучающим свет. В результате изображение, проецируемое на абажур, будет частью внешнего оформления лампы. Пользователь, глядящий на лампу 100, воспринимает лампу 100 как имеющую абажур 5 со спроецированным изображением, соответствующим изображению, отображаемому жидкокристаллическим экраном 10.
Контроллер 20 может быть снабжен пользовательским интерфейсом 21, так что пользователь может выбирать изображение из базы данных об изображениях, сохраняемой в запоминающем устройстве 22, связанном с контроллером 20. Контроллер 20 и запоминающее устройство 22 можно надлежащим образом разместить в основании 3. Пользовательский интерфейс может включать в себя клавиатуру. Кроме того, пользовательский интерфейс может включать в себя связной порт, например USB, чтобы пользователь мог загружать одно или несколько изображений в запоминающее устройство 22. Пользовательский интерфейс также может включать в себя оборудование беспроводной связи, например Bluetooth. Кроме того, контроллер 20 может иметь связь с Интернетом.
Предпочтительное место расположения жидкокристаллического экрана 10 находится вблизи абажура 5, возможно, даже в контакте с абажуром 5. Жидкокристаллический экран 10 и абажур 5 могут быть объединены. Однако место расположения, более близкое к генерирующему свет элементу (элементам) 2, находится в объеме настоящего изобретения.
Форму жидкокристаллического экрана 10 можно выбирать в соответствии с фактической формой абажура 5. В осуществлении, схематично показанном на фигуре 3, на которой генерирующий свет элемент 2 показан пунктирной линией, предполагается, что при наблюдении сверху абажур 5 окружает генерирующий свет элемент 2 на 360°, в то время как жидкокристаллический экран 10 также окружает генерирующий свет элемент 2 на 360°. Как показано на фигуре 3С, жидкокристаллический экран 10 может быть образован соединением ряда плоских панелей. Однако в предпочтительном осуществлении жидкокристаллический экран 10 выполнен в виде гибкого экрана, который обычно сгибают с образованием криволинейной формы, чтобы модифицировать до криволинейного наружного орнаментального экрана, схематично показанного, в частности, на фигуре 3В, сгибают до образования цилиндрической формы и располагают вокруг генерирующего свет элемента (элементов) 2.
Если абажур 5 продолжается только примерно на 180°, жидкокристаллический экран 10 соответственно выполняют так, чтобы он также продолжался на 180°. Однако абажур 5 может продолжаться на 360°, но при этом устройство имеет переднюю сторону и заднюю сторону и устройство предназначается для размещения обратной стороной к стене, так что функциональные возможности, обеспечиваемые настоящим изобретением, необходимы только на передней стороне: в этом случае необходимо, чтобы жидкокристаллический экран 10 продолжался на протяжении только примерно 180°. В любом случае в горизонтальном поперечном сечении жидкокристаллический экран 10 продолжается не только в одном направлении, а продолжается по двум измерениям, с вогнутой стороной к генерирующему свет элементу 2.
На фигурах 4А-4С представлены виды сбоку лампы 100, иллюстрирующие несколько возможностей относительно применения настоящего изобретения. На этих фигурах основание 3 не показано. На фигуре 4А показано, что изображение, отображаемое на жидкокристаллическом экране 10 (и следовательно, проецируемое на абажур 5), можно выбирать в соответствии с определенными внешними погодными условиями или сезоном, например, осенние листья. На фигуре 4В показано, что изображение, отображаемое на жидкокристаллическом экране 10, может включать в себя животный мир, например птиц. На фигуре 4С показано, что изображение, отображаемое на жидкокристаллическом экране 10, может включать в себя функциональную информацию, такую как показания часов в цифровой форме или, как показано, в виде аналоговых часов со стрелками.
Изображения, отображаемые на жидкокристаллическом экране 10 (и следовательно, проецируемые на абажур 5), могут быть неподвижными изображениями, но они также могут быть движущимися изображениями или последовательностью неподвижных изображений. Например, листья из фигуры 4А могут быть показаны медленно падающими вниз; птицы из фигуры 4В могут быть показаны летающими; часы из фигуры 4С могут управляться для показа реального времени. Кроме того, особенно в случае цилиндрического жидкокристаллического экрана 10, место нахождения изображения на экране (будь то неподвижное изображение или динамическое изображение) может быть стационарным, но также может медленно перемещаться вся поверхность жидкокристаллического экрана 10: например, изображение может медленно совершать повороты на 360° вокруг генерирующего свет элемента (элементов) 2.
При дальнейшем усовершенствовании на лампу можно возложить функции обработки звуковых сигналов. Например, лампу можно снабдить датчиком звука (например микрофоном), соединенным с контроллером, при этом контроллер снабдить программным обеспечением для обработки и анализа звука: при обнаружении контроллером, что принимаемый звук фактически соответствует одной из множества заданных тематик (например, звукам птиц, лаю собаки (собак), звукам при разгоне автомобиля), контроллер может автоматически выбрать из запоминающего устройства 22 изображение, соответствующее звуку (изображение птиц (см. фиг.4В), изображение собаки, изображение автомобиля). В другом примере лампа может быть снабжена радиоприемником и громкоговорителем, и при этом контроллер снабжен программным обеспечением для обработки и анализа звука: если контролер обнаруживает, что принимаемый радиоприемником и воспроизводимый через громкоговоритель звук соответствует одной из множества заданных тематик (например, звукам птиц, лаю собаки (собак), звукам при разгоне автомобиля), контроллер может автоматически выбрать из запоминающего устройства 22 изображение, соответствующее звуку (изображение птиц (см. фиг.4В), изображение собаки, изображение автомобиля).
В предпочтительном осуществлении лампа является «будящей» лампой, то есть лампой, интенсивность света которой для имитации восхода солнца постепенно повышается от почти нулевой до почти 100%-ной. Поскольку такая «будящая» лампа является по существу известной и доступной для приобретения, более подробное пояснение не включено в эту заявку.
Подводя итоги, можно сказать, что настоящим изобретением предоставляется лампа 100, содержащая, по меньшей мере, один генерирующий свет элемент 2; частично прозрачный абажур 5, выполненный с возможностью окружения генерирующего свет элемента 2 на угол по меньшей мере 180°, но предпочтительно 360°; по меньшей мере один жидкокристаллический экран 10, расположенный между генерирующим свет элементом и абажуром; и контроллер 20 для управления жидкокристаллическим экраном так, чтобы отображалось изображение. В горизонтальном поперечном сечении жидкокристаллический экран продолжается по двум измерениям, с вогнутой стороной к генерирующему свет элементу. Предпочтительно, чтобы жидкокристаллический экран был гибким и мог быть согнут с образованием цилиндрической формы вокруг генерирующего свет элемента.
В связи с этим заметим, что лампа имеет верх и низ, которые в собранном состоянии лампы выровнены в вертикальном направлении, и что за «горизонтальное» направление принято направление, перпендикулярное к этому вертикальному направлению.
Хотя на чертежах и в приведенном выше описании изобретение было подробно показано и рассмотрено, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что такой показ и рассмотрение следует считать иллюстративными или примерными и не создающими ограничений. Изобретение не ограничено раскрытыми осуществлениями; вернее, несколько вариантов или модификаций являются возможными в охранительном объеме изобретения, определенном в прилагаемой формуле изобретения. Например, лампа может содержать несколько жидкокристаллических экранов.
При практическом использовании настоящего изобретения специалисты в данной области техники в результате изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения смогут представить себе и реализовать другие варианты раскрытых осуществлений. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а неопределенный артикль не исключает множества. Единственный процессор или другой блок может выполнять функции нескольких элементов, перечисленных в формуле изобретения. Сам факт, что некоторые средства перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих средств не может с успехом использоваться. Компьютерная программа может быть сохранена/распределена на подходящем носителе, таком как оптический носитель или твердотельный носитель, в сочетании с другим аппаратным обеспечением или частью аппаратного обеспечения, но также может быть распределена в иных формах, например, с помощью Интернета или других проводных или беспроводных систем связи. Любые позиционные обозначения не должны толковаться как ограничивающие объем.
Выше настоящее изобретение было пояснено с обращением к структурным схемам, на которых показаны функциональные блоки устройства согласно изобретению. Должно быть понятно, что один или несколько из этих функциональных блоков можно реализовать в аппаратном обеспечении, при этом функция такого функционального блока (блоков) будет выполняться индивидуальными компонентами аппаратного обеспечения, но также возможна реализация одного или нескольких из этих функциональных блоков в программном обеспечении с тем, чтобы функция такого функционального блока (блоков) выполнялась одной или несколькими программными строками компьютерной программы или в виде программируемого устройства, такого как микропроцессор, микроконтроллер, цифровой процессор сигналов и т.д.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Лампа (100), содержащая:
по меньшей мере, один генерирующий свет элемент (2), реализуемый в виде лампочки накаливания, газоразрядного элемента или светоизлучающего диода; и
Частично прозрачный абажур (5), расположенный с окружением генерирующего свет элемента (2) на протяжении угла, по меньшей мере 180°;
отличающаяся тем, что лампа (100) содержит:
По меньшей мере, один жидкокристаллический экран (10), расположенный отдельно от генерирующего свет элемента (2) между генерирующим свет элементом и абажуром (5); и
контроллер (20), выполненный с возможностью управления жидкокристаллическим экраном так, чтобы при работе жидкокристаллический экран имел участки, имеющие взаимно изменяющееся пропускание между 0% и 100%, так, чтобы отображалось изображение.
2. Лампа (100) по п.1, в которой в горизонтальном поперечном сечении жидкокристаллический экран (10) продолжается по двум измерениям, с вогнутой стороной к генерирующему свет элементу (2).
3. Лампа (100) по п.1, в которой абажур (5) является полупрозрачным, с рассеивающими свойствами.
4. Лампа (100) по п.1, дополнительно содержащая запоминающее устройство (22) с сохраняемой в нем коллекцией изображений.
5. Лампа (100) по п.4, в которой контроллер (20) снабжен пользовательским интерфейсом (21), позволяющим пользователю выбирать изображение из запоминающего устройства (22).
6. Лампа (100) по п.5, в которой пользовательский интерфейс (21) включает в себя связной порт, позволяющий пользователю сохранять изображения в запоминающем устройстве (22).
7. Лампа (100) по п.1, в которой жидкокристаллический экран (10) представляет собой гибкий экран.
8. Лампа (100) по п.1, в которой жидкокристаллический экран (10) согнут до цилиндрической формы и расположен вокруг генерирующего свет элемента (2).
9. Лампа (100) по п.1, в которой жидкокристаллический экран (10) образован из по меньшей мере двух плоских панелей, которые расположены под углом больше нуля относительно друг друга.
10. Лампа (100) по п.4, которая снабжена датчиком звука, связанным с контроллером (20), при этом контроллер снабжен программным обеспечением для обработки и анализа звука, и причем контроллер предназначен для выбора изображения из запоминающего устройства (22) на основании характера принимаемого звука.
11. Лампа (100) по п.4, которая снабжена радиоприемником и громкоговорителем, при этом контроллер (20) снабжен программным обеспечением для обработки и анализа звука, и причем контроллер предназначен для выбора изображения из запоминающего устройства (22) на основании характера принимаемого звука.
12. Лампа (100) по п.1, в которой абажур (5) расположен с окружением генерирующего свет элемента (2) на протяжении угла 360°.
13. Лампа (100) по п.1, которая представляет собой «будящую» лампу.
Использование: для освещения помещений. Сущность изобретения: два и более тел накала поочередно могут подключаться ручным переключателем, встроенным в цокольной части лампы, переключение может осуществлять без выкручивания лампы из патрона. 2 ил.
Изобретение относится к светотехнике, а именно, к источникам света, и может быть использовано в народном хозяйстве как источник света общего назначения для освещения бытовых, административных и производственных помещений. Известны электрические лампы с двумя телами накала, нагреваемыми независимо одно от другого. В колбе этой лампы находятся два тела накала, независимо связанные с металлическим стаканом цоколя и специальной двухпозиционной ножкой цоколя. Здесь расширяются эксплуатационные возможности лампы накаливания, но как лампы специального назначения, например автомобильной. А использование указанной лампы как источника света общего назначения не представляется возможным из-за необходимости подключения ее к общей электросети через штатную электроарматуру. Прототипом настоящего изобретения является лампа накаливания, содержащая два тела накала. Один конец каждого из тел накала через общий электрод соединен с одним контактом цоколя. Другие концы тел накала подсоединены каждый через индивидуальные электроды к соответствующим контактам внутрицокольной вставки. Контакты вставки электрически подсоединены к переключателю, соединенному с центральным контактом цоколя. Переключатель установлен с возможностью вращения в прорези, выполненной в свободной от резьбы верхней цилиндрической части стакана цоколя. Для обеспечения переключения тел накала лампу необходимо вывернуть из патрона. Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации. Цель достигается тем, что в соответствии с изобретением часть переключателя, выполненная изолированной от контактной части, выведена наружу. На фиг. 1 изображен общий вид универсальной лампы накаливания с местным вырывом по цокольной части; на фиг. 2 - горизонтальное сечение по цоколю, показывающее конструктивный вариант переключения с одного тела на другое. Тела накала 1, 2, 3, расположенные внутри стеклянной колбы 4 посредством общего электрода 5, проходящего сквозь стеклянный стержень 6, электрически связаны с металлическим стаканом цоколя 7. Вторые электроды тел накала, соответственно, 8, 9 и 10, проходящие сквозь стеклянный стержень 6, электрически связаны с контактами 11, 12 и 13, соответственно вмонтированными во внутрицокольную вставку 14, жестко соединенную с корпусом металлического стакана цоколя 7. Ручной переключатель 15 установлен шарнирно на внутрицокольной вставке 14 с возможностью горизонтального вращения посредством оси 16 и электрически связан с контактной шайбой 17 цоколя посредством электрода 18. Перед вворачиванием лампы в штатный патрон перемещением ручного переключателя 15 вдоль хордовой прорези в стакане 15 цоколя 7 достигается электрическая связь контактной шайбы 17 с одним из тел накала. Например, в изображенном на фиг. 2 положении, ручной переключатель 15 установлен в варианте контакта с телом накала 1. В таком положении ручного переключателя 15 универсальная лампа накаливания вворачивается в патрон. Лампа ввернута в патрон. Работает цепь: металлический стакан цоколя 7 - общий электрод 3 - тело накала 1 - другой электрод 8 контакт 11 на внутрицокольной вставке 14 - проводящая часть ручного переключателя 15 - электрод 18 - контактная шайба цоколя. В результате накаливается и испускает свет тело накала 1. При необходимости, обусловленной либо потребностью подключения тела накала другого сопротивления, либо в результате перегорания подключенного тела накала, лампа выворачивается из патрона и ручной переключатель 15 устанавливается в положение, соответствующее подключению другого тела накаливания. Изобретение позволяет, с одной стороны, сделать универсальной по мощности лампу накаливания, разместив в стеклянной колбе несколько тел накала разного сопротивления, а, с другой стороны, значительно повысить ресурс ламп накаливания, устанавливая резервные тела накала. (56) Авторское свидетельство СССР N 343634, кл. Н 01 К 9/00, 1970. Патент США N 2217134, кл. 315-67, 1940.
Формула изобретения
ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ, содержащая по меньшей мере два тела накала, один конец которых через общий электрод соединен с одним контактом цоколя, а другие концы подсоединены каждый через индивидуальный электрод к соответствующим контактам внутрицокольной вставки, электрически подсоединенным к переключателю, соединенному с центральным контактом цоколя и установленному с возможностью вращения в прорези, выполненной в свободной от резьбы верхней цилиндрической части стакана цоколя, отличающаяся тем, что, с целью повышения удобства в эксплуатации, часть переключателя, выполненная изолированной от контактной части, выведена наружу.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
