DE10040253A1 - Kompakte Hochvolt-Glühlampe - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemäße kompakte Hochvolt-Glühlampe weist als Leuchtkörper ein Dreifachgewickel in Form einer Doppelhelix (4) auf, die ihrerseits aus einer Doppelwendel (4a-4c) geformt ist. Auf diese Weise lassen sich Hochvolt-Glühlampen mit kompakten Abmessungen und hohen Leuchtdichten realisieren.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine kompakte elektrische Hochvolt-Glühlampe.

Der Begriff Hochvolt-Glühlampe ist insofern verallgemeinert zu verstehen als damit Glühlampen gemeint sind, die ohne Zwischenschaltung eines Spannungswandlers, beispielsweise Transformators oder elektronischen Konverters, direkt an Netzspannung, z. B. 115 V oder 230 V, betrieben wer­ den können.

Es handelt sich dabei insbesondere um eine kompakte Hochvolt- Halogenglühlampe, beispielsweise für den Betrieb an 230 V-Netzspannung. Bei Halogenglühlampen enthält der üblicherweise mit Inertgas, beispielswei­ se mit N₂, Xe, Ar und/oder Kr gefüllte Lampenkolben zusätzlich Halogen­ zusätze, die einen Wolfram-Halogen-Kreisprozeß aufrechterhalten, um einer Kolbenschwärzung entgegenzuwirken.

Diese Art von Lampen wird sowohl in der Allgemeinbeleuchtung als auch für besondere Beleuchtungszwecke eingesetzt, in Kombination mit einem optischen Reflektor beispielsweise in der Projektionstechnik.

Wie bereits bei den Niedervolt-Halogenglühlampen geht auch bei den Hochvolt-Halogenglühlampen der Trend zunehmend in Richtung kompakte Lampenabmessungen. Der Kompaktheit der Lampe und insbesondere des Leuchtkörpers der Lampe kommt gerade bei Projektionsanwendungen eine große Bedeutung zu.

Dem steht allerdings die bei Leuchtkörper (Glühwendel) für Hochvolt- Halogenglühlampen typischerweise benötigte große Länge des Drahtes ent­ gegen. Der Grund hierfür liegt unter anderem im Zusammenhang zwischen dem elektrischen Widerstand R der Glühwendel und der gewünschten elekt­ rischen Leistungsaufnahme P bei vorgegebener Versorgungsspannung U. Es gilt nämlich die Beziehung P = U²/R. Da die Versorgungsspannung U quad­ ratisch in die vorstehende Beziehung eingeht, muss beim Übergang vom Niedervolt- in den Hochvoltbereich der Widerstand der Glühwendel ent­ sprechend erheblich vergrößert werden, um die gleiche Leistungsaufnahme der Lampe zu realisieren. Der Widerstand R der Drahtwendel ist seinerseits unter anderem vom Drahtdurchmesser und der Drahtlänge abhängig. So ist der Draht für Hochvolt-Halogenglühlampen typischerweise zwischen 1 m und 2 m lang, je nach Drahtdurchmesser und Leistung (hier z. B. 50 µm und 150 W bzw. 190 µm und 1000 W).

Folglich sind bei vergleichbarer Leistungsaufnahme, Drahtdurchmesser und Wendelsteigung die Glühwendeln bei Hochvoltlampen in der Regel länger als bei Niedervolttypen.

Stand der Technik

Aus der Schrift EP-A 0 743 673 ist bereits eine kompakte Halogenglühlampe mit einer Doppelwendel bekannt. Die Doppelwendel ist innerhalb eines zy­ lindrischen Lampenkolbens angeordnet und zwar transversal zur Längsach­ se der Lampe. Konkrete Angaben über die Betriebsspannung sind dieser Schrift nicht zu entnehmen. Allerdings scheint sie zumindest für den Betrieb an 230 V nicht geeignet.

Die GB-A 2 302 208 zeigt eine kompakte Halogenglühlampe in Nieder- bis Mittelvolt-Technik (z. B. 6 bis 36 V) mit einer Doppelwendel und einer auf der Wandfläche des Lampenkolbens aufgebrachten, IR-Strahlung re­ flektierenden Schicht. Die Doppelwendel ist in der Achse des zylindrischen Teils des Lampenkolbens angeordnet.

Die US-A 4,499,401 offenbart eine Glühlampe mit einer Dreifachwendel, die transversal zur Lampenlängsachse innerhalb eines birnenförmigen Lampen­ kolbens angeordnet ist. Diese Glühlampe weist einen Edison-Schraubsockel auf und ist unter anderem auch für den Betrieb an 230 V geeignet. Allerdings ist sie aufgrund der transversalen Wendelanordnung relativ großvolumig und somit insbesondere für Projektionsanwendungen nicht geeignet.

Schließlich sind auch HV-Glühlampen mit mehreren Wendelsegmenten be­ kannt, wobei die einzelnen Wendelsegmente durch ein aufwendiges Wen­ delgestell innerhalb des Lampenkolbens fixiert sind. Nachteilig ist außerdem die schlechte Ausleuchtungsqualität bei Verwendung einer derartigen Lam­ pe in einem optischen Reflektor. Aufgrund der räumlich ausgedehnten und segmentierten Glühwendel resultiert nämlich eine unerwünscht ungleich­ mäßige Leuchtstärkeverteilung.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kompakte Hochvolt- Glühlampe bereitzustellen. Weitere Aspekte sind, eine höhere Leuchtdichte sowie Effizienz und eine bessere Ausleuchtungsqualität bei Verwendung in einem optischen Reflektor bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird von einer Lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängi­ gen Ansprüchen.

Außerdem wird Schutz für ein Beleuchtungssystem mit der erfindungsge­ mäßen Lampe und einem optischen Reflektor beansprucht.

Die erfindungsgemäße kompakte Hochvolt-Glühlampe weist als Leuchtkör­ per ein Dreifachgewickel in Form einer Doppelhelix auf, die ihrerseits aus einem herkömmlichen Doppelgewickel geformt ist.

Zur Veranschaulichung der Leuchtkörperform kann die Doppelhelix als aus zwei räumlich ineinandergreifende Doppelwendelabschnitte betrachtet wer­ den, wobei die beiden Doppelwendelabschnitte als gleichartige, hinsichtlich des Stromflusses aber gegenläufige Schraubenlinien realisiert sind. Diese beiden Schraubenlinien sind in Achsrichtung um ca. eine halbe Steighöhe gegeneinander verschoben so angeordnet, dass ihre beiden Längsachsen zu­ sammenfallen. Die Steighöhe ist hier als die Strecke definiert, innerhalb der die Schraubenlinien eine vollständige Umdrehung ausführen. An einem ers­ ten Ende des Leuchtkörpers gehen die beiden Doppelwendelabschnitte in­ einander über. Am gegenüberliegenden Ende des Leuchtkörpers sind die Doppelwendelabschnitte mit je einer Stromzuführung verbunden. Während des Betriebs der Lampe liegt an den Stromzuführungen die volle Netzspan­ nung. Das bedeutet beispielsweise in einem 230 V Wechselspannungsnetz eine Spitzenspannung von ca. 311 V. Im unmittelbar an die Stromzuführun­ gen angrenzenden Anfangsbereich der beiden räumlich ineinandergreifen­ den Doppelwendelabschnitte besteht also eine erhöhte Gefahr von Span­ nungsüberschlägen bzw. Bogenbildungen. Um diese Gefahr zumindest zu verringern, kann es vorteilhaft sein, die Steighöhe in diesem Anfangsbereich zu vergrößern, d. h. eine in Richtung der Stromzuführungen zunehmende Steighöhe vorzusehen. Dann sind zwar wie gewünscht die Anfangsbereiche der beiden Doppelhelixhälften weniger eng benachbart, allerdings ohne die Gesamtlänge des Leuchtkörpers über Gebühr zu vergrößern. Alternativ oder ergänzend kann es auch vorteilhaft sein, einen in Richtung der Stromzufüh­ rungen zunehmenden Durchmesser der Doppelhelix vorzusehen.

Jedenfalls ist auf diese Weise der für Hochvolt-Glühlampen erforderliche lange Glühdraht zu einem sehr kompakten, einteiligen, d. h. unsegmentier­ ten, Leuchtkörper in Form des vorstehend erläuterten Dreifachgewickels ausgebildet. Neben der Kompaktheit des doppelhelixförmigen Leuchtkör­ pers ist es auch vorteilhaft, dass dessen Struktur relativ geschlossen ist. Da­ mit lassen sich auch bei Hochvolt-Glühlampen zum einen hohe Leuchtdich­ ten und zum andern - eingebaut in einen optischen Reflektor - eine gute Ausleuchtungsqualität erzielen.

In einer besonders kompakten Weiterbildung hat der Hauptteil des Lam­ penkolbens die Form eines Zylinders mit kreisförmigem Querschnitt. Die längliche Doppelhelix ist dabei axial innerhalb des zylindrischen Lam­ penkolbens orientiert. Auf diese Weise sind Lampenkolben und Leuchtkör­ per geometrisch gut aufeinander abgestimmt, woraus das besonders kom­ pakte Design der Lampe resultiert.

Außerdem kann es zur weiteren Steigerung der Effizienz vorteilhaft sein, die Wandfläche des Lampenkolbens in an sich bekannter Weise zusätzlich mit einer Infrarot(IR)-Strahlung reflektierenden Schicht zu versehenen (siehe z. B. die bereits zitierte GB-A 2 302 208). Durch diese Schicht wird ein Großteil der vom Leuchtkörper abgestrahlten IR-Strahlungsleistung zurückreflektiert. Die dadurch erzielte Erhöhung des Lampenwirkungsgrades lässt sich einerseits bei konstanter elektrischer Leistungsaufnahme für eine Temperaturerhöhung des Leuchtkörpers und folglich eine Steigerung des Lichtstromes nutzen. Andererseits lässt sich ein vorgegebener Lichtstrom mit geringerer elektri­ scher Leistungsaufnahme erzielen - ein vorteilhafter "Energiespareffekt". Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist, dass aufgrund der IR-Schicht deutlich weni­ ger IR-Strahlungsleistung durch den Lampenkolben hindurch abgestrahlt und damit die Umgebung erwärmt wird, als bei herkömmlichen Glühlam­ pen.

In einer besonders effizienten Ausführungsform einer Lampe mit IR- Strahlung reflektierender Schicht ist der Hauptteil des Lampenkolbens als Ellipsoid oder zumindest näherungsweise als Ellipsoid ausgebildet. Diese Kolbenform ermöglicht eine besonders effiziente Rückführung der IR- Strahlung. Näheres hierzu findet sich beispielsweise in der EP-A 0 765 528.

Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1a eine Hochvolt-Halogenglühlampe mit Doppelhelix-Leuchtkörper und zylindrischem Lampenkolben in Seitenansicht,

Fig. 1b wie Fig. 1a, aber um 90° gedreht,

Fig. 2a eine Hochvolt-Halogenglühlampe mit Doppelhelix-Leuchtkörper und ellipsoidem Lampenkolben in Seitenansicht,

Fig. 2b wie Fig. 2a, aber um 90° gedreht,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung der Herstellung des Doppelhelix- Leuchtkörpers aus einem Doppelgewickel.

Die Fig. 1a, 1b zeigen in schematischer Darstellung eine Seitenansicht und eine dazu um 90° gedrehte Ansicht einer erfindungsgemäßen einseitig gequetschten Hochvolt-Halogenglühlampe für den Betrieb an 230 V Netz­ spannung. Die elektrische Leistungsaufnahme und die Lichtausbeute betra­ gen 1000 W bzw. 25 lm/W.

Die Lampe weist einen zylindrischen Lampenkolben 1 aus Quarzglas auf, der an einem Ende zu einer Kuppel mit einer geschlossenen Pumpspitze 2 geformt ist. Am anderen Ende ist der Lampenkolben 1 mit Hilfe einer Quetschdichtung 3 verschmolzen. Der Lampenkolben 1 umschließt eine an sich bekannte Halogenfüllung, wie sie für Halogenglühlampen üblich ist. Die Füllungsbestandteile sind beispielsweise Xenon (Xe) und Stickstoff (N₂) so­ wie einige Prozent eines Halogens, z. B. Dibrommethan (DBM). Der Füll­ druck beträgt ca. 3 bar.

Innerhalb des Lampenkolbens 1 ist axial ein einteiliger Leuchtkörper 4 ange­ ordnet. Wie aus der Lupendarstellung in Fig. 1b ersichtlich, besteht er aus einer an sich bekannten Doppelwendel 4a-4c aus Wolframdraht, die ihrer­ seits zu einer Doppelhelix geformt ist. Die Doppelhelix 4 weist zwei räumlich ineinandergreifende schraubenlinienförmige Doppelwendelabschnitte 4a, 4b auf, die mittels eines bogenförmigen Doppelwendelabschnitts 4c nahtlos in­ einander übergehen. Die schraubenlinienförmigen Abschnitte 4a, 4b der Doppelhelix 4 weisen je eineinhalb Windungen auf. Der Außendurchmesser und die Länge der Doppelhelix 4 betragen ca. 11 mm bzw. 16 mm. Folglich ist der Doppelhelix-Leuchtkörper 4 für den Betrieb an 230 V-Netzspannung und 1000 W Leistungsaufnahme sehr kompakt.

Die beiden einfach gewendelten Enden 5a, 5b des Leuchtkörpers sind in ei­ nem Quarzbalken 6 fixiert, der seinerseits von zwei auch als Stromzuführung dienenden Drahtstiften 7a, 7b gestützt sind. Letztere enden in der Quetsch­ dichtung 3, wo sie jeweils mit einer Molybdänfolie 8a, 8b verbunden sind. Die Molybdänfolien 8a, 8b sind schließlich mit jeweils einem nach außen führenden Stromzuführungsstift 9a, 9b verbunden.

Das der Pumpspitze 2 nahe Ende des Doppelhelix-Leuchtkörpers 4, d. h. der Doppelwendelabschnitt 4c, ist mit einer Halterung 10 aus Draht fixiert. Dazu ist die Drahthalterung 10 zu einem länglichen Bügel geformt, der in einer Öse 11 endet. Der die beiden Hälften der Doppelhelix 4 verbindende Ab­ schnitt 4c ist in diese Öse 11 eingehängt. Das andere Ende der Halterung 10 ist in dem Quarzbalken 6 befestigt.

Alternativ kann das andere Ende der Halterung 10 auch bis zur Quetschdich­ tung 3 verlängert sein. In diesem Fall kann auf den vorgenannten Quarzbal­ ken 6 verzichtet werden, da die Halterung dann direkt in der Quetschdich­ tung fixiert ist. Unter Umständen kann auch ganz auf eine Halterung ver­ zichtet werden, nämlich wenn die Stabilität der Wendel genügend groß ist, beispielsweise bei entsprechend großem Drahtdurchmesser.

Mit Hilfe des dreifachgewickelten kompakten Doppelhelix-Leuchtkörpers 4 und dem daran angepassten einseitig gequetschten, zylindrischen Lampen­ kolben 1 mit einer Gesamtlänge von ca. 60 mm und einem Durchmesser von ca. 20 mm vereinigt die Halogenglühlampe aus Fig. 1a, 1b die Hochvolt- Eignung mit besonderer Kompaktheit.

In den Fig. 2a, 2b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen einseitig gequetschten Hochvolt-Halogenglühlampe (230 V) in Sei­ tenansicht und in einer dazu um 90° gedrehten Ansicht schematisch darge­ stellt. Gleiche Merkmale wie in Fig. 1a, 1b sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1a, 1b weist die Lampe in den Fig. 2a, 2b einen ellipsoiden Lampenkolben 12 auf, dessen Au­ ßenwandfläche mit einem IR-Strahlung reflektierenden Schichtensystem 13 versehen ist. Das Schichtensystem 13 besteht aus einem an sich bekannten In­ terferenzfilter - üblicherweise eine Folge alternierender dielektrischer Schich­ ten unterschiedlicher Brechzahlen. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine alternierende Folge von Nb₂O₅- bzw. SiO₂-Schichten.

Der Lampenkolben 12 weist eine ausgeprägte Einschnürung 14 im Bereich des Lampenhalses auf, d. h. unmittelbar im Bereich des Übergangs des Lam­ penkolbens 12 zu der aufgrund der Foliendurchführung relativ breiten Quetschdichtung 3. Dadurch wird eine besonders große wirksame Reflexi­ onsfläche 13 bezüglich des gesamten Lampenkolbens und folglich ein ent­ sprechend hoher Wirkungsgrad der Lampe erzielt.

Auf diese Weise vereinigt die Halogenglühlampe aus Fig. 2a, 2b die Hoch­ volteignung mit der IR-Schicht-Technologie und Kompaktheit.

In einem (nicht dargestellten) Beleuchtungssystem ist die Lampe aus Fig. 1 und alternativ die aus Fig. 2 in einen optischen Reflektor eingebaut.

In Fig. 3 ist das Prinzip der Herstellung des erfindungsgemäßen Doppelhe­ lix-Leuchtkörpers 4 aus einem Doppelgewickel 4' dargestellt. Dazu wird das Doppelgewickel 4' (Details nicht dargestellt) mittig in die Nut 15 eines Wi­ ckeldorns 16 eingelegt. Durch Drehen des Wickeldorns 16 wird aus dem Doppelgewickel 4' eine Doppelhelix 4 geformt, die anschließend vom Wi­ ckeldorn 16 abgenommen und in der erfindungsgemäßen Lampe gemäß Fig. 1a, b bzw. 2a, b eingebaut wird. Die flaschenhalsförmige Ausgestaltung des Wickeldorns 16 ermöglicht die Herstellung einer Doppelhelix mit in Richtung der Stromzuführungen zunehmendem Durchmesser.

Claims (12)

1. Kompakte Hochvolt-Glühlampe, insbesondere Hochvolt-Halogen­ glühlampe, mit einem Lampenkolben (1; 12) und einem Leuchtkör­ per (4) aus einem dreifachgewickelten Glühdraht, der innerhalb des Lampenkolbens (1; 12) angeordnet und mit zwei nach außen führenden Stromzuführungen (9a, 9b) elektrisch leitend verbunden ist, wobei der Lampenkolben (1; 12) und die Stromzuführungen (9a, 9b) eine Längs­ achse der Lampe definieren, und wobei der Leuchtkörper eine Doppel­ helix (4) ist die aus einer Doppelwendel (4a-4c) geformt ist.

2. Glühlampe nach Anspruch 1, wobei die Doppelhelix (4) im Lam­ penkolben (1; 12) axial orientiert ist.

3. Glühlampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steighöhe der Doppel­ helix in Richtung der Stromzuführungen zunimmt.

4. Glühlampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser der Doppelhelix in Richtung der Stromzuführungen zu­ nimmt.

5. Glühlampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Lam­ penkolben (1; 12) rotationssymmetrisch ist.

6. Glühlampe nach Anspruch 5, wobei die Form des Lampenkolbens als Zylinder (1) ausgebildet ist.

7. Glühlampe nach Anspruch 5, wobei die Form des Lampenkolbens als Ellipsoid (12) ausgebildet ist.

8. Glühlampe nach Anspruch 7, wobei der Lampenkolben (12) im Bereich des Lampenhalses eine Einschnürung (14) aufweist.

9. Glühlampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die beiden Stromzuführungen (9a, 9b) bezüglich der Lampenlängsachse auf einer Seite des Lampenkolbens (1; 12) gasdicht nach außen geführt sind.

10. Glühlampe nach Anspruch 9, wobei innerhalb des Lampenkolbens (1; 12) eine Halterung (10) angeordnet ist, an der das den Stromzuführun­ gen (9a, 9b) abgewandte Ende (4c) der Doppelhelix fixiert ist.

11. Glühlampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wand­ fläche des Lampenkolbens (12) mit einer IR-Strahlung reflektierenden Schicht (13) versehenen ist.

12. Beleuchtungssystem mit einem optischen Reflektor und einer Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 11.