Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 6/2016 vyšlo tiskem
5. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 5. 1. 2017.

Osvětlení interiérů
Seminář Interiéry 2016 – páté výročí
Součinnost bytového interiéru a osvětlení 

Normy, předpisy a doporučení
Nové normy pro osvětlení pozemních komunikací

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Pražské Quadriennale představuje nový projekt věnovaný světelnému a zvukovému designu 36Q° Ve dnech 8. – 12. listopadu uvede site-specific výstavu v unikátním prostoru Lapidária…

THEATRE TECH & EVENT PRODUCTION v novém formátu a termínu Výstava divadelní a jevištní techniky THEATRE TECH & EVENT PRODUCTION se nebude konat…

Více aktualit

Historie vývoje a užití dutých světlovodů - 1. část

Světlo 1/01

J. B. Ajzenberg*), VNISI, Moskva

Historie vývoje a užití dutých světlovodů
1. část

V posledních letech se při přípravě publikace Mezinárodní komise pro osvětlení (CIE) o dutých dlouhých světlovodech v komisi TC 3.30 Holow Light Guides rozvinula ostrá diskuse o historii rozvoje této oblasti světelné techniky.

Obr. 1.

Tato diskuse je mnohdy vedena snahou zkreslit historická fakta a potlačit roli národní (ruské – pozn. překl.) vědy a techniky a v zájmu různých firem upřednostnit některé výrobky na úkor jiných. To jsou hlavní důvody napsání tohoto příspěvku, který je zároveň pokusem o charakteristiku podstaty problému a o podrobnější přehled výsledků prací národní (tj. ruské – pozn. překl.) školy dutých dlouhých světlovodů.

Myšlenka realizovat a využít duté světlovody, které umožňují oddálení světelného zdroje od osvětlovaného objektu, je více než 100 let stará. K důvodům tohoto řešení patří nepřípustně vysoká teplota, jas, nevhodné rozložení světla světelného zdroje a následné nebezpečí požáru, výbuchu nebo úrazu elektrickým proudem. V poslední čtvrtině a zejména na počátku 80. let devatenáctého století mnoho výzkumníků v Rusku i v USA teoreticky zvažovalo myšlenku přenosu světelného toku od tehdy nového výkonného světelného zdroje – elektrické obloukovky – kovovými trubkami se zrcadlovým vnitřním povrchem, a někteří z nich ji dokonce realizovali.

Jako první navrhl a realizoval (1874) duté světlovody a v roce 1880 publikoval výsledky souvisejících prací známý vynálezce V. N. Čikolev [1]. V Ochtinské továrně na výrobu střelného prachu (u Sankt Petěrburgu) vybudoval osvětlovací soustavu s dutými světlovody v podobě uvnitř pozrcadlených trub (obr. 1). Těmito světlovody se dopravovalo světlo výkonné elektrické obloukovky, instalované na speciální věži mimo budovy. Světlo bylo směrováno do místností poloprůhlednými zrcadly a zde se rozptylovalo polokoulemi s difuzním prostupem světla.

Téměř současně s Čikolevem se stejným problémem bezpečného využití světla výkonných elektrických obloukovek zabývali v USA M. T. Neal [2], W. R. Lake [3], Molera a Cebrian [4] a W. Wheeler [5]. Neal a Lake získali patenty už v roce 1878, Wheler v roce 1881 a Molera a Cebrian publikovali svoje myšlenky v kalifornském vědeckotechnickém časopise roku 1879. Všechny tyto vynálezy byly výhradně teoretické a není známo, zda byly v praxi použity. Zároveň však je obdivuhodná a překvapující vysoká technická úroveň těchto prvních vynálezů v oboru osvětlovacích soustav. Například M. T. Neal nejen navrhl způsob vedení, větvení a přerozdělování světelného toku světelných zdrojů zrcadly, čočkami a rozptylovači (obr. 3), ale také vyslovil myšlenku o využití tepla produkovaného výkonnými světelnými zdroji. W. R. Lake, který získal patent rovněž v roce 1878, navrhoval použít jeho zařízení pro osvětlení šachet podzemních mnohoposchoďových tunelů a budov (obr. 2). V jeho patentu přitom jde o formování paralelních svazků paprsků světla optického systému s výkonným světelným zdrojem, o jejich zavedení do konců (řezů) trub. O charakteru odrazu vnitřního povrchu není uvedeno nic. Zdůrazňuje se úplná ochrana proti požáru a výbuchu.

Obr. 2. Obr. 4.

Molera a Cerbrian popsali osvětlovací soustavu mnohopatrové kancelářské budovy osvětlované výkonnou obloukovou (s šikmo nastavenými elektrodami) a několika Fresnelovými čočkami, usměrňujícími všechno světlo vyzařované obloukovkou. Světlovody pomocí hranolů rozdělují světlo do všech místností budovy (obr. 4).

Obr. 3.

Wheelerův složitý kombinovaný osvětlovací systém (obr. 5) řešil maximální možné využití světelného toku světelného zdroje, jeho směrování na jednu nebo dvě strany, přenos světelného toku trubkami světlovodů, rozdělení toku na mnoho částí a jeho využití navrženými zářiči. V systému se měly používat sférická a eliptická zrcadla, kondenzory, hranoly a rozptylující prvky. Rozmach prací v této problematice v různých zemích ukázal na potřebu přenosu a přerozdělování v prostoru světleného toku tehdy jediných světelných zdrojů – výkonných elektrických obloukovek.

Cesta technického pokroku se však po vzniku žárovek ubírala jiným směrem. Myšlenka přenosu světla na velké vzdálenosti dutými světlovody byla na dlouhé roky zapomenuta.

Teprve v roce 1965 G. B. Buchman (Kyjev, SSSR) navrhl zásadní rozšíření myšlenky dutých světlovodů, a to jejich využití nejen pro přenos světla, ale i pro osvětlení po celé délce světlovodu. Buchmanova myšlenka spočívala v tom, že světlo výkonného zdroje zavedené do jednoho konce pozrcadlené trubky, podobně jako u Čikoleva, Wheelera aj., se nepřenášelo mnohonásobnými odrazy k druhému konci trubky, jak tomu bylo dříve, nýbrž vycházelo poměrně rovnoměrně částí pláště trubky bez zrcadlového pokrytí (obr. 6a). Později byly tyto světlovody nazvány štěrbinovými a část pláště válce, jímž světlo vystupuje do osvětlovaného prostoru, dostala pojmenování optická štěrbina. Další vývoj této myšlenky je obsažen v patentu [7] z roku 1970.

Roku 1975 Ajzenberg a Buchman (SSSR) patentovali dva vynálezy nových systémů, zásadní pro další rozvoj dutých světlovodů. Ty umožnily přenos slunečního i umělého světla štěrbinovými světlovody, rovněž i využití teplené energie vyzařované výkonnými světelnými zdroji. Pro výrobu dlouhých dutých světlovodů byla navržena tenká pevná fólie ze speciálního plastu [8, 9]. Titíž vynálezci spolu s V. M. Pjatigorskim v roce 1978 navrhli, patentovali [10] a realizovali ploché dlouhé světlovody klínového tvaru (obr. 6b).

V těchto patentech je zdánlivě skryta myšlenka, že funkce zrcadlově odrážející vrstvy je založena na kovovém materiálu, ačkoliv všechny principy činnosti patentovaných zařízení jsou zachovány i při jiných způsobech změny prostorové orientace světelného svazku (bez jeho deformace) po mnohonásobných interakcích s konstrukcí vymezující šíření světla.

Obr. 4.

Hlavní předností prací vykonaných v této době tvůrčím kolektivem ruských a ukrajinských vědců a inženýrů (VNISI, Kyjevského UGP/Tjažpromelektroprojekt a PO Vatra – Ternopol) bylo komplexní řešení úkolů výzkumu, vývoje, výroby i využití zařízení s dlouhými dutými štěrbinovými světlovody [11 až 27].

V rámci této činnosti byly vypracovány teoretické metody výpočtu (i na počítačích) štěrbinových světlovodů a osvětlovacích soustav s jejich použitím [12 až 15], vyvinuty a zavedeny do výroby speciální materiály (polyetylentereftalátové fólie) a světelné zdroje (reflektorové halogenidové výbojky s příslušnými předřadníky) [17], zásady konstrukce systémů s těmito světlovody [18], metody a přístroje pro jejich fotometrii [19] a také speciální technologické zařízení pro jejich sériovou výrobu. Všechny výsledky prací byly publikovány ve více než 70 článcích a 20 patentech v USA, SRN, Japonsku, Velké Británii, Francii, Itálii a jiných zemích, předneseny na kongresech CIE v Londýně (1975), Benátkách (1978), Melbourne (1991) a na konferencích Lux Europa (1997), Lux Pacifica (1998), Licht (1998) a rovněž na celoamerických konferencích v Baltimoru (1990) a Seattlu (1998). Zvláštní vydání časopisu Světotěchnika (1981, č. 11) bylo věnováno všem pracím týkajících se vlnovodů.

Sériová výroba osvětlovacích zařízení s dutými světlovody byla zahájena v roce 1980 ve výrobním sdružení Vatra (Ternopol Ukrajina). V následujících letech bylo vyrobeno 42 000 kompletů štěrbinových světlovodů o délce 6 a 18 m, s odpovídajícími průměry 275 a 600 mm s jednou, třemi nebo čtyřmi reflektorovými halogenidovými výbojkami 700 W a obálkou z tenké (25 až 50 µm) polyetylentereftalátové fólie. V Moskevské experimentální světelnětechnické továrně bylo vyrobeno pět tisíc kompletů světlovodů z extrudovaného hliníku o průměru 140 mm s jednou reflektorovou žárovkou 300 W a barevným filtrem na výstupu.

Obr. 5.

Obr. 6.

Obr. 7.

Literatura:

[1] ČIKOLEV, V. N.: Kanalizacija električeskogo světa. Električestvo, 1880, No. 11, s. 168, No. 12, s. 187.

[2] Patent USA No. 902. NEAL, M. T.: Transmitting Light, and Apparatus Therefor. 1878.

[3] Patent USA No 2943. LAKE, W. R.: Lighting Apparatus for Mines, Tunnels, etc. 1878.

[4] MOLERA – CEBRIAN: The Engineer of the Pacific, 1879, No. 6.

[5] Patent USA No. 247.229. WHEELER, W.: Apparatus for Lighting Dwellings or Other Structures. 1881.

[6] Avtorskoje svidětělstvo SSSR No.181023. BUCHMAN, G. B.: Ščelevoj svetovod. 1965.

[7] Avtorskoje svidětělstvo SSSR No. 468057, opubl. v B. I. AJZENBERG, J. B. – BUCHMAN, G. B. I DR.: Vzryvoopasnyj električeskij světilnik-světovod. 1970.

[8] United States Patent No. 3.902,056.26. AIZENBERG, J. B. – BUKHMAN, G. B.: Interior Lighting Fixture. 1975. Light & Engineering, Vol. 8, No. 2.

[9] Avtorskoje svidětělstvo SSSR No 457365. AJZENBERG, J. B. – BUCHMAN, G. B.: Ustanovka dlja osvěščenija poměščenij. 1974.

[10] United States Patent No. 4.105.293. AIZENBERG, J. B. – BUKHMAN, G. B. – PYATIGORSKY, V. M.: Lighting Installation Based on Light Guide.

[11] AJZENBERG, J. B. – BUCHMAN, G. B. – PJATIGORSKIJ, V. M.: Novyj princip vnutrenněgo osvěščenija osvětitělnymi ustrojstvami so ščelevymi světovodami. Světotěchnika, 1976, No. 2, s. 1-5.

[12] BUCHMAN, G. B.: Osnovy rasčota ščelevych světovodov. Světotěchnika, 1970, No. 10, s. 7-11.

[13] BUCHMAN, G. B. – PRIBYTKOV, V. A.: Světotěchničeskije rasčoty ustanovok so ščelevymi světovodami. Světotěchnika, 1981, No. 11, s. 11-14.

[14] KOROBKO, A. A. – KUŠČ, O. G.: Rasčot fotometričeskich charaktěristik ščelevogo světovoda metodom Monte-Carlo. Světotěchnika, 1979, No. 3, s. 9-11.

[15] KOROBKO, A. A. – PJATIGORSKIJ, V. M.: Rasčot osvětitělnych ustanovok s ploskimi světovodami. Světotěchnika, 1981, No. 11, s. 15-17.

[16] DOLGOPOLOVA, L. N. – DUDINA, E. I. – GALKINA, N. S. – LEVINA, T. G. – PJATIGORSKIJ, V. M.: Novyje zerkalnyje světorassejivajuščije pljonki dlja ščelevych světovodov. Světotěchnika, 1981, No. 11, s. 8-9.

[17] SOFRONOV, N. N. – KUDAJEV, V. P.: Istočniki světa dlja ščelevych světovodov. Světotěchnika, 1981, No. 11, s. 6-7.

[18] AJZENBERG, J. B. – KOROBKO, A. A.: Vlijanie parametrov ščelevych světovodov na jich světoraspredělenije. Světotěchnika, 1984, No. 2, s. 3-6.

[19] CHAZANOV, V. S. – ŠIŠOV, D. M.: Sposob a pribor dlja izměrenija světovogo potoka ščelevych světovodov. Světotěchnika, 1981, No. 11, s. 9-10.

[20] REICHERT, O. B. – REŠETUCHA, I. P.: Ustanovka dlja izgotovljenija kanalov ščelevych světovodov. Světotěchnika, 1981, No. 11, s. 26-27.

[21] DIKMAROV, V. F.: Opyt ekspluatacii kompletnych osvětitelnych ustrojstv so ščelevymi světovodami. Světotěchnika, 1987, No. 12, s. 11-12.

[22] BRAGIN, V. M.: Ob opytě ekspluatacii komplektnych osvětitělnych ustrojstv so ščelevymi světovodami. Světotěchnika, 1981, No. 11, s. 25-26.

[23] AJZENBERG, J. B. – AJOŠINA, N. A. – PJATIGORSKIJ, V. M.: Ščelevyje světovody na stancii Serpuchovskaja Moskovkogo metropolitena. Světotěchnika, 1986, No. 7, s. 11-12.

[24] AJZENBERG, J. B. – ALJOŠINA, N. A. – PJATIGORSKIJ, V. M.: Osvěščenije aročnymi světovodami stancii Čkalovskaja Moskovskogo metropolitena. Světotěchnika, 1996, No. 7/8, s. 5-7.

[25] GRIGORIČEV, V. E. – IKOJEVA, E. P. – KOROBKO, A. A. – PJATIGORSKIJ, V. M.: Ščelevyje světovody v novom pavilone na VDNCH SSSR. Světotěchnika, 1988, No. 3, s. 16-17.

[26] TULČIN, I. K. – CHALKOVSKIJ, D. A. – ŠAJCHET, A. A.: Osvěščenije torgovych zalov moskovskogo univermaga Věšnjaki. Světotěchnika, 1986, No. 6, s. 6-8.

[27] SIVAKOVSKIJ, A. V. – ŠECHTER, A. P.: Osvětitělnaja ustanovka so ščelevymi světovodami v termokonstantnom ceche. Světotěchnika, 1988, No. 5, s. 1-3.