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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung geht aus von einer Halogenglühlampe für
den Betrieb an Netzspannung. Damit ist eine Spannung im Bereich
von typisch 100 bis 260 V gemeint.
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Stand der Technik
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Aus
der
DE-A 19701792 ist
eine Halogenglühlampe mit verbesserter Rückreflexion
einer IRC-Schicht bekannt. Dazu dient ein Halsbereich an einem ansonsten
elliptischen Kolben.
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Aus
der
EP-A 446 460 ist
die Verwendung von Glasnoppen als Gestellersatz bekannt.
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Darstellung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halogenglühlampe
bereitzustellen, die energiesparend wirkt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen
Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist
die Halogenglühlampe mit einem Leuchtkörper ausgestattet,
der für den Betrieb an Netzspannung geeignet ist, also
im sog. Mittelvoltbetrieb (MV) bis Hochvoltbetrieb (HV-) an 100 bis
260 V. Ein derartiger Leuchtkörper ist besonders lang,
verglichen mit Halogenglühlampe für den NV-Betrieb
unter 80 V. Ein weiteres Merkmal, das in Richtung einer Energieersparnis
wirkt, ist die Verwendung eines xenonhaltigen Füllgasgemisches, insbesondere
einer Xenonfüllung, wie an sich bekannt.
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In
letzter Zeit ist jedoch der Preis für Xenon stark angestiegen,
so dass die Verwendung von Xenon ein erheblicher Kostenfaktor geworden
ist. Insofern wird nach Wegen gesucht, wie dieser Kostenfaktor reduziert
werden kann.
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Ein
naheliegender Weg ist, den Durchmesser des Lampenkolbens bei gleichbleibendem
Füllgasdruck zu reduzieren und damit das Füllvolumen zu
verkleinern. In praktischer Hinsicht ist dieser Weg jedoch dadurch
verbaut, dass heutige HV-Halogenglühlampen bereits sehr
kleine Durchmesser des Kolbens besitzen bzw. auch, dass die Sockel
genormt sind (beispielsweise G9-Sockel) und nicht mit dazu verkleinert
werden können. Ein anderer nahe liegender Weg ist, die
Wandstärke des Kolbens zu erhöhen, so dass bei
gleichen Außendurchmesser das innere Kolbenvolumen trotzdem
reduziert wird. Nachteilig ist jedoch, dass dickere Wandstärken
die Verarbeitung des Kolbenglases, vor allem beim Erhitzen und nachfolgendem
Quetschen, erheblich erschweren.
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Eine
weitere Möglichkeit um Xenon-Füllgas einzusparen
ist die Reduzierung des Fülldruckes, wobei hier aber die
Lampenqualität bzw. die Lebensdauer ebenfalls verringert
werden.
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Das
Volumen wird daher erfindungsgemäß dadurch verringert,
dass ein ursprünglich zylindrischer Kolben zumindest in
einem quetschungsnahen Abschnitt an zwei Seiten plattgedrückt
wird, so dass er einem Oval im Querschnitt gleicht, mit zwei Breitseiten
und zwei stark gekrümmten Schmalseiten. Dadurch gibt es
keine Engstelle, was den Durchmesser des Kolbens betrifft, wie im
Stand der Technik. Diese hat nämlich den Nachteil, dass
der Abstand zwischen den Stromzuführungen in diesem Bereich
reduziert werden müsste, was Überschläge
und die Bildung eines Lichtbogens begünstigt. Gerade für
den HV-Betrieb ist dies unerwünscht.
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Der
Leuchtkörper ist dabei bevorzugt U-förmig, V-förmig
oder W-förmig gebogen, er kann aber auch axial angeordnet
sein.
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Da
diese Abplattung aber nur begrenzt Volumen spart, weil der lange
Leuchtkörper im Volumen untergebracht werden muss, was
heutzutage durch eine Noppentechnik wie in
EP 446 460 beschrieben realisiert ist,
müssen vorteilhaft noch zusätzliche Wege beschritten
werden.
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Eine
sehr effektive zusätzliche volumenreduzierende Maßnahme
ist die Abschrägung eines quetschnahen Abschnitts des Kolbens.
Diese Schräge wird auf die Breitseiten angewendet, so dass
praktisch eine Rampe zwischen Quetschung und zentralem Teil des
Volumens entsteht. Ein bevorzugter Abschrägungswinkel gegen
die Lampenachse ist 20 bis 60°.
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Eine
alternative oder auch zusätzliche Maßnahme im
quetschungsnahen Bereich ist eine achsparallele – oder
quer zur Achse angeordnete – Delle, die sich von der Quetschung
in Richtung Kolbenmitte hinzieht. Je nach Tiefe und Breite der Delle kann
damit erheblich Volumen eingespart werden. Diese Delle ist eine
Flachpressung des Kolbens, so dass einander gegenüberliegende
Wandteile einander näherrücken. Bevorzugt ist
der Wendelabstand zur frontalen Delle nicht kleiner als der kleinste
seitliche Abstand der Wendel zur Kolbenwand. Idealerweise kann eine
leicht bauchige frontale Kolbenkontur gewählt werden, so
dass nach einem etwaigen Wendeldurchhang während der Lebensdauer
der Wendelabstand zum Kolben nicht zu gering wird.
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Eine
weitere volumenreduzierende Maßnahme ist eine Abschrägung
im Bereich des der Quetschung gegenüberliegenden Endes.
Dieses zweite Ende ist mit einer Pumpspitze versehen. Üblicherweise
wird in einem „Schulterbereich” die Wand des zylindrischen
Kolbens in etwa einem 90° Winkel zur Pumpspitze geführt.
Es hat sich aber gezeigt, dass es bei geeigneter Formgebung während
der Kolbenherstellung möglich ist, das Volumen in diesem Schulterbereich
deutlich zu reduzieren, indem das zweite Ende, ausgehend vom zylindrischen
Zentralteil, in einer Schräge von etwa 30 bis 70° zur Pumpspitze
geführt wird.
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Bevorzugt
weist die Lampe sog. Haltenoppen für die Befestigung des
Leuchtkörpers an mindestens einem, bevorzugt zwei oder
drei Punkten auf. Diese Noppen sind nicht nur deswegen bevorzugt,
weil sie die Gestellkosten minimieren, sondern vor allem, weil die
Noppen ebenfalls Volumen einsparen. Bevorzugt werden diese Noppen
mit möglichst großer Trichteraufweitung ausgeführt.
Diese Trichteraufweitung ist vor allem in Längsachse, aber
auch quer zur Lampenachse, ausgeführt. Bevorzugt ist die Längsausdehnung
des Trichters mehr als 20% größer als die Querausdehnung.
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Diese
Lampe ist insgesamt aufgrund ihrer unregelmäßigen
Kontur nicht für IRC-Beschichtung geeignet, vielmehr liegt
der Schwerpunkt der Anwendung bei einer kostengünstigen
energiesparenden Alternative zu normalen Glühlampen, die
bekanntlich in den Anschaffungskosten sehr günstig sind.
Die Verwendung von Xenon ist nur unter dem Aspekt der Volumenreduktion
für einen derartigen Massenartikel möglich.
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Bevorzugt
ist eine Lampe, die möglichst viele, wenn nicht alle der
bevorzugten Maßnahmen in sich vereint.
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Besonders
bevorzugt ist dabei ein Konzept mit U-förmigem oder V-förmigem
Leuchtkörper, der an einem Punkt mittels Noppentechnik
fixiert ist. Mehrere Fixierungen, insbesondere zwei oder drei, mittels
Noppentechnik sind ebenfalls möglich, da dadurch ebenfalls
eine Volumenreduktion erzielt wird.
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Die
Realisierung des volumenreduzierten Kolbens gelingt beispielsweise
mittels größerer Erwärmzonen und zusätzlichen
Quetschwerkzeugen an der Quetschmaschine und der Noppmaschine, so dass
die Kolbenformungen bereits während des Quetschens durchgeführt
werden können. Einzelne oder alle Maßnahmen der
Kolbenvolumenreduzierung lassen sich aber auch vorab bereits während der
Kolbenformung am Ausgangskolben aber auch nachträglich
nach dem Quetschen an der nicht gepumpten Lampe fertigen Lampe durchführen.
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Dabei
wird grundsätzlich aber kein Aufblasen des Kolbens durchgeführt,
weil ja gerade das Gegenteil angestrebt wird. Mit den zusätzlichen Quetschwerkzeugen
bzw. dem alleinigen „Flammendruck” der Glas-Aufheizbrenner
wird das Volumen des Kolbens in geeigneter Weise gleich mit verkleinert.
Die volumenreduzierenden Maßnahmen können ins besondere
auch teilweise oder vollständig beim Anbringen der Noppen
mit durchgeführt werden.
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Da
es sich hier um kleinwattige Miniaturlampen handelt, ist der für
die Volumeneinsparung zur Verfügung stehende Raum nur begrenzt,
da ja beispielsweise auch der Halogenkreislauf intakt gehalten werden
muss und weil die Temperaturbelastung nicht zu hoch werden darf.
Aus diesem Grund ist eine sorgfältige Abstimmung aller
Maßnahmen erforderlich.
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In
der Praxis hat sich gezeigt, dass das Grundkonzept des ovalen Kolbens
am besten zusammen mit Noppen analog
EP-A 446 460 , oder auch eingenoppten Quarzbalken
und eingenoppten Quarzröhrchen analog
WO-A 2007/079629 realisiert werden
kann. Diese beiden Maßnahmen ergänzen sich ideal,
da die Überbrückungslänge für
die Noppen oder Quarzbalken durch den ovalen Kolben reduziert werden
kann.
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Grundsätzlich
können die volumensparenden Schritte „schräge
Kolbenschulter im Winkel 30–70°”, „ovaler
Kolben” und „eingequetschte Delle nahe der Quetschung” aber
auch bei gestellbehafteten Halogenglühlampen realisiert
werden.
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Ein
auf Temperaturbelastung optimiertes Ausführungsform ist
dadurch gegeben, dass ein unterer Abschnitt des Kolbens in der Beschriebenen
Art und Weise oval geformt ist, während ein darüberliegender
Mittenabschnitt, der mit Noppen bestückt ist, den ursprünglichen
Durchmesser des Kolbenrohrs erreicht oder ihm nahekommt.
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Insgesamt
ergeben sich je nach Ausführungsform eine Volumeneinsparung
von 10 bis 35% gegenüber einem konventio nellen Kolben.
Typisch ist ein Wert von 20%. Diese Einsparung schlägt
sich direkt in einem Minderbedarf an Xenon für die Füllung
nieder.
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Die
Anwendung einer IRC-beschichtung ist allerdings nicht grundsätzlich
ausgeschlossen, jedoch ist das Design nicht darauf optimiert.
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Ein üblicher
Fülldruck des Xenongases, wobei üblicherweise
Xenon mit einem geringeren Stickstoffzusatz verwendet wird, ist
2 bis 8 bar. Typisch ist ein Wert von ca. 4 bar. Als Füllung
wird außerdem ein üblicher Halogenzusatz, wie
an sich bekannt, verwendet. Als Inertgas wird neben reinem Xe auch
eine Xe-N2-Mischung oder eine andere Xenon-/Krypton/Argon-Edelgasmischung
meist in Beisein von geringen Mengen an Stickstoff verwendet.
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Die
Wandstärke derartiger Kolben darf nicht zu groß gewählt
werden, da sonst die Verformung nicht mehr gelingt. Sie sollte im
Bereich 0,8 bis 1,3 mm liegen, bevorzugt sollte sie kleiner als
1,1 mm sein. Ein typischer Durchmesser des Kolbens, betrachtet als
Rohr im ungestörten Zustand, ist 10 bis 15 mm, bevorzugt
bis 13,5 mm. Ein typisches Volumen des Kolbens ist im Endzustand
0,6 bis 1,2 cm3, bevorzugt 0,7 bis 0,8 cm3.
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Unter
Netzspannung wird hier ein Bereich von 100 bis 260 V verstanden,
insbesondere ein Wert von 200 bis 260 V, weil hier die Erfindung
am meisten Vorteile bringt, bezogen auf den längeren Leuchtkörper
verglichen mit MV-Lampen, die jedoch häufig mit derselben
Bauform wie die HV-Lampen gefertigt werden.
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Die
Wattage ist bevorzugt 10 bis 100 W, wobei der W-Draht des Leuchtkörpers
einen Durchmesser von 13 bis 100 μm besitzt und die leuchtenden Abschnitte
doppelt gewedelt sind. Bevorzugt sind die Enden des Leuchtkörpers
einfach gewendelt oder ungewendelt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1 eine
Halogenglühlampe mit oval abgeflachtem Kolben;
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2 die
Lampe aus 1 in Perspektive;
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel mit abgeplattetem Kolben;
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4 ein
weiteres Ausführungsbeispiel mit abgeplattetem und abgeflachtem
Kolben;
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5 ein weiteres Ausführungsbeispiel
mit abgeschrägten Schultern und delle;
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6 ein
weiteres Ausführungsbeispiel mit flachem Kolbenabschnitt
und großer Trichteraufweitung;
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel mit ovalem Kolbenabschnitt
in Längsrichtung leicht ausgebaut.
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Bevorzugte Ausführung
der Erfindung
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Ein
Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe 1 zeigt 1.
Sie hat einen Kolben 2 aus Quarzglas, der mit einer Quetschung 3 abgedichtet ist.
Im Innern des Kolbens ist ein U-förmiger Leuchtkörper 4 angebracht,
der über zwei innere Stromzuführungen 5 mit
je einer Folie 6 in der Quetschung 3 verbunden
ist. Die Stromzuführungen sind typisch aus Wolfram oder
Molybdän o. ä. und haben einen Durchmesser von
13 bis 100 μm, je nach Wattage der Lampe. Der Kolben enthält
eine übliche halogenhaltige Füllung zusammen mit
Xenon bei einem Kaltfülldruck von 3 bis 4 bar. Auf die
Art der halogenhaltigen Füllung kommt es hier nicht an.
Die Folie 6 ist jeweils aus Molybdän.
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Der
Kolben weist eine axial angeordnete Noppe 10 zur Halterung
des Leuchtkörpers auf. Am quetschungsfernen Ende besitzt
er eine Pumpspitze 11.
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In 2 ist
die Lampe 1 in Perspektive dargestellt. Der Kolben 2,
der ursprünglich zylindrisch aus einem Rohr gefertigt war,
ist flach zu einem Oval gepresst. Daher weist er zwei plane Breitseiten 12 und
zwei gekrümmte Schmalseiten 13 auf. Die Noppe 10 sitzt
am oberen Ende des ovalen Bereichs und ist in diesen integriert.
Die Schulterpartie 14 des Kolbens, die zur Pumpspitze 11 führt,
ist rechtwinklig gegen die achsparallele Wand des ovalen Abschnitts abgewinkelt.
Der Kolben besitzt eine geringe Abschrägung 19.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe 1,
bei der der Kolben einen zylindrischen Mittenabschnitt 20 und
schräge Rampen 21 besitzt, die von der Quetschung 3 ausgehen und
die die Breitseiten festlegen. Der Winkel der Schräge der
Rampe 21 ist bevorzugt 40 bis 50°.
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Besonders
bevorzugt wirkt diese Rampe 21 mit einem ovalen Abschnitt 22 des
Kolbens zusammen, so dass eine Volumenreduzierung stärker
ausfällt. Dieses Ausführungsbeispiel ist in 4 dargestellt.
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5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,
das einen Kolben 2 mit ovalem Abschnitt 12 aufweist,
diesmal zusammen mit einem abgeschrägten Schulterabschnitt 25,
der zur Pumpspitze 11 führt. Außerdem
weist dieses Ausführungsbeispiel eine axiale Delle 26 im
quetschungsnahen Bereich auf, die das Volumen noch weiter reduziert.
Diese Delle ist an jeder Breitseite vorhanden, ohne dass sich die
Innenwand der beiden Dellen berührt.
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Schließlich
zeigt 6 ein Ausführungsbeispiel, bei dem in
Seitenansicht um 90° gedreht ein Kolben 2 gezeigt
ist, bei dem ein quetschungsnaher Bereich 30 oval geformt
ist, während ein quetschungsferner Bereich 31 eine
größere Außenabmessung aufweist. Der
Bereich 31 ist jedoch durch eine ausgeprägte trichterförmige
Noppe 32 für die Halterung des Leuchtkörpers 4 in
seinem Volumen effektiv reduziert. In dieser Variante ist es bevorzugt, wenn
die Länge L des Kolbens, gerechnet vom Ende der Quetschung 3 bis
zum Beginn der Pumpspitze 11, so in die zwei Bereiche unterteilt
ist, dass der ovale Bereich 30 mit Länge LO sich über
etwa 30 bis 45% der Länge L erstreckt, während
der trichterbeherrschte Abschnitt den Rest LE der Länge
L ausmacht.
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Die
Herstellung der Lampe gelingt mit speziell geformten verlängerten
Quetschbacken um den ovalen Abschnitt wie in 6 gezeigt
herzustellen. Bei einem langgezogenen ovalen Abschnitt ähnlich wie
in 1 gezeigt ist es besser, den anfänglich
zylindrischen Kolben erst nachträglich umzuformen. Die
Schulterschräge 25 kann am besten beim Einrollen
der Kolbenkuppe aus dem zylindrischen Rohr mit geformt werden, indem
ein größerer Kolbenbereich erhitz wird. Die trichterförmige
Noppe 32 kann sowohl vor der Hauptquetschung als auch nach
der Hauptquetschung geformt werden.
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7 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel ähnlich wie 6,
bei dem in Seitenansicht um 90° gedreht ein Kolben 2 gezeigt
ist, bei dem ein kurzer quetschungsnaher Bereich 40 oval
geformt ist, während ein quetschungsferner mittlerer Bereich 41 eine größere
Außenabmessung aufweist. Ein weiterer ovaler Bereich 42 ist
durch eine trichterförmige Noppe 32 für
die Halterung des Leuchtkörpers 4 in seinem Volumen
effektiv reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19701792
A [0002]
- - EP 446460 A [0003, 0024]
- - EP 446460 [0013]
- - WO 2007/079629 A [0024]