WO2009077580A2 - Halogenglühlampe mit irc-beschichtung - Google Patents

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    • H01K1/32Envelopes; Vessels provided with coatings on the walls; Vessels or coatings thereon characterised by the material thereof
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    • H01K7/00Lamps for purposes other than general lighting
    • H01K7/02Lamps for purposes other than general lighting for producing a narrow beam of light; for approximating a point-like source of light, e.g. for searchlight, for cinematographic projector

Definitions

  • the invention is based on a halogen incandescent lamp with IRC coating on the piston.
  • These are in particular low-voltage lamps (low-voltage lamps) which are operated with a voltage of at most 48 V, preferably from 6 to 18 V, but also to medium and high-voltage lamps, which operate at a voltage of normally 80 to 250 volts become.
  • EP-A 765 528 describes a halogen incandescent lamp with IRC technology.
  • FIG. 2 discussed there shows a lamp in NV
  • FIG. 4 shows a lamp in HV.
  • an elliptoid barrel is used as a piston coated with IRC.
  • a lamp in HV technology based on a low-voltage burner and associated transformer, is known from DE 83 29 164U.
  • the object of the present invention is to provide a halogen incandescent lamp with IRC coating, which is characterized by the highest possible efficiency.
  • the halogen incandescent lamp is characterized by the combination of two features: the specially developed helix has a length L and a diameter D, with the proviso that L: D ⁇ 6.
  • L: D should be in the range 9 to 11.
  • the piston has an elliptical contour in longitudinal section, whereby the eccentricity of the selected ellipse is decisive.
  • the eccentricity ⁇ 0.5 to 0.7 should be selected.
  • Halogen incandescent lamps with infrared-reflecting piston coating (IRC lamps) in low and medium voltage versions up to 140 V are already known. Measures to improve their efficiency have so far focused on optimizing the coating systems. In the following, however, it should be shown that, in contrast to the situation with conventional lamps, the photometric properties of an IRC-coated lamp depend entirely on details of the design and also on the absolute size of the lamp envelope.
  • Each halogen bulb with ellipsoidal piston needs a lead from the coil to pinch.
  • a neck near the pinch is necessary, especially realized as a curl at the transition to the pinch.
  • a pump tip is needed so far.
  • Both elements interfere with the transmission of the useful luminous flux and reduce the proportion of the piston surface, which is available for re-radiation to the helix by means of the IRC layer. Because the two Elements make up a significant portion of the piston surface, it is a significant disturbance.
  • an IRC layer should be invisible to the eye. If color fringing clearly occurs, this means a light-absorbing and thus efficiency-reducing malfunction of the layer in this area.
  • An intentionally large-dimensioned bulbs in contrast to the prior art additionally has a general efficiency advantage because the dimensions of several irregularities, such as streaks, inclusions or bubbles in the glass or defects in the IRC layer do not depend on the dimensions of the lamp envelope.
  • a large lamp bulb therefore always offers a more favorable ratio of intact and disturbed surface than a small piston.
  • a large-sized lamp envelope also has the advantage of low thermal stress on the IRC layer, so that a temperature-related reduction in efficiency through layer aging, such as cracking, can be prevented over the lifetime.
  • the losses at the two pole of the lamp body formed by the pump tip and neck can also be reduced by the choice of an axially arranged, as elongated and as thin as possible filament, because this takes place almost only a lateral radiation in the undisturbed piston areas.
  • a short filament with a relatively large diameter in contrast, has a nearly spherical light distribution body, so radiates equally into the favorable and unfavorable piston areas.
  • an MV lamp and certainly a HV lamp has a much larger rear opening and thus a larger neck than a low-voltage lamp. This is necessary in order to ensure a sufficient distance between the out parallel led out of the neck power supply, so that the formation of an arc is prevented. From this it is clear that a piston shape optimized in terms of efficiency is possible, especially when using low voltage for the supply of the lamp, but with suitable dimensioning of the piston is also possible with MV and HV lamps.
  • the use of low voltage has the further advantage that can be realized with the desired dimensions due to the higher wire cross sections a mechanically stable filament without further aids.
  • an efficiency increase can be estimated as follows, for example. It is assumed that the diameter of the piston neck and thus of the faulty piston area for crushing can be reduced to half the value of a 120 V lamp with an LV lamp (12 V) because there is no risk of arcing. This results in a free radiation range of 144 ° compared to 121 ° for a 120V lamp. This corresponds to a 12% larger solid angle and, in the case of a lambertstrahlenden cylinder as a luminous body, this corresponds to a 7% higher total radiant flux [A] through the undisturbed piston area.
  • a power consumption of the filament of uncoated, for example, 43W goes back to 4OW, namely 43W / l, 075 [C].
  • the light output of the 120V lamp, converted to 2000 h, is used;
  • the life is increased on average by about 50%, so that the proposed lamp on the order of magnitude
  • the lamp vessel is a closed ellipsoid and not a barrel body.
  • the semi-major axis of the ellipsoid should be at least 9.5 mm (in the undisturbed ideal case) and the small half-axis at least 7.5 mm. Accordingly, the largest outer diameter of the piston should be at least 15 mm, while conventional NV lamps have so far about 12 mm maximum outer diameter.
  • the pump tip and the neck area are designed so that their base diameter is at most 6 mm.
  • the luminous element is arranged axially and extends in a region between the two focal points of the
  • Figure 1 is a halogen incandescent lamp as a schematic representation
  • Figure 2 is a diagram of the undisturbed and disturbed piston areas as a scheme
  • FIG. 3 shows a mains voltage lamp based on the proposed NV-IRC burner and an associated transformer
  • Figure 4 is a cross section through a pinch with integrated pump hole
  • Figure 5 shows a piston with a molded first end.
  • FIG. 1 An embodiment of a low-voltage halogen incandescent lamp 1 is shown in FIG. 1. It has a simply coiled luminous body 2, and an elongated piston 3 equipped with a longitudinal axis A and ending in a pinch seal 4. Due to the pinch, two power supply lines 5a, 5b, possibly via foils, led out of the interior of the piston.
  • the power supply lines 5 support the axially arranged luminous body 2.
  • the piston 3 has a pump tip 10 and at the opposite end of the piston a neck 11 which terminates in the pinch 4.
  • the filament is held in the piston by the two power supply lines so that a short power supply 5a is guided approximately axially to pinch and a second power supply 5b from the crimped end of the filament spaced from the axis to the pinch is returned.
  • AA here denotes twice the value of the large semiaxis, here chosen with 20 mm.
  • B denotes the double value of the small half-axis, here selected with 16 mm.
  • the piston is externally or internally coated with IRC (19), as is known.
  • the Length L of the filament 2 is 12 mm, its outer diameter D is 1.2 mm.
  • the susceptible area in the vicinity of the pump tip is designated ST, its base diameter should not exceed 6 mm transverse to the longitudinal axis.
  • the susceptible area near the neck is marked HA. Its base diameter transverse to the longitudinal axis should not exceed 6 mm.
  • FIG 2 the geometry of the piston 3 is shown schematically.
  • a typical opening angle Wl for the undisturbed and therefore fully usable area of the piston is 144 °.
  • a concrete embodiment is a lamp with one-sided pinch.
  • the outer diameter C of the rolled-up neck is at most 8 mm.
  • the axis of the incandescent filament coincides with the main axis of the ellipsoidal piston shown in phantom, with the ends of the filament being in the region of the ellipse foci (not shown).
  • the incandescent filament consists of a refractory material, for example of tungsten wire whose diameter is chosen to realize different power levels at NV to HV between 10 and 300 microns. For HV, this is generally in the range 10 to 50 ⁇ m, for NV rather in the range 100 to 300 ⁇ m. at MV, the diameter is in between.
  • the lamp vessel is preferably made of quartz glass, therefore often molybdenum foils (not shown) are used in the pinch seal for sealing the power supply lines.
  • An elongate ellipsoidal piston as already explained, has advantages in applying the coating compared to a more spherical shape.
  • a very pointed and elongated shape with high eccentricity at realistic diameters and helical lengths offers too little space in the area of the helical ends, i.
  • the distance between the coil and the piston in this area causes thermal problems, and it is difficult to accommodate the rack needed to hang the coil.
  • the best compromise between these opposing requirements is an elliptical contour with an eccentricity
  • simultaneously also corresponds to the ratio of helical length and piston length.
  • the proposed solution is characterized by their pronounced lateral due to the elongated luminous body Light emission off. This results in a particular suitability for mains voltage lamps with screw or bayonet base and electronic control gear. In such lamps, the operating device mounted between base and low-voltage burner usually has a much larger diameter than the lamp base, thus shading the light coming from the burner in this area. The preferred lateral emission of the proposed solution avoids the resulting losses.
  • FIG. 3 schematically shows a typical HV lamp 20 with screw base 23 on the basis of an NV burner 21 and an associated transformer 22 integrated in the lamp.
  • the lamp has an axial filament with a cylindrical envelope contour and an ellipsoidal piston, which is provided with an infrared-reflecting layer (IRC layer).
  • IRC layer infrared-reflecting layer
  • the filament is very elongated and designed with a small diameter.
  • the ellipsoidal piston can be given an elongated shape with a small surface curvature and a relatively large diameter, which improves its coatability and the long-term stability of the layer.
  • the proposed lamp is far better than a built-in lamp, usually referred to as a burner, suitable for use in mains voltage lamps (high-voltage and medium-voltage networks) with electronic control gear as the usual low-voltage burner.
  • mains voltage lamps high-voltage and medium-voltage networks
  • electronic control gear as the usual low-voltage burner.
  • Such mains voltage lamps can of course also be integrated in luminaires.
  • the basic structure is similar to that described in DE 83 29 164U.
  • the piston at its first end at all no pumping hole, but it is rounded following the ellipsoid, wherein the pumping hole is integrated into the pinch.
  • a basic construction is known from WO 2007/110320.
  • Figure 4 such a pinch 45 is shown in cross section, the pump hole 39 is still shown open.
  • FIG. 5 shows a lamp with the ellipsoid-shaped, shaped first end 40, wherein a pumping hole 39 is integrated laterally into the pinch. It is closed there with a stamp 41, similar to that described in WO 2007/110320.
  • the power supply lines 42 and 43 are guided decentralized by the luminous body 44 through the pinch 45 to the outside.

Landscapes

  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Fastening Of Light Sources Or Lamp Holders (AREA)

Abstract

Eie Halogenglühlampe ist so dimensioniert, dass die Länge L und der Durchmesser D des gewendelten Leuchtkörpers in einem Verhältnis von mindestens 6:1 zueinander stehen, wobei der Kolben als Ellipsoid geformt ist, wobei die Enden des Leuchtkörpers im wesentlichen in den beiden Brennpunkten der das Ellipsoid als Rotationskörper aufspannenden Ellipse liegen, mit einer Exzentrizität ε, die im Bereich 0,5 bis 0,7 liegt.

Description

Titel: Halogenglühlampe mit IRC-Beschichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Halogenglühlampe mit IRC-Beschichtung auf dem Kolben. Es handelt sich dabei insbesondere um Niedervoltlampen (NV-Lampen) die mit einer Spannung von höchstens 48 V, bevorzugt von 6 bis 18 V, betrieben werden, aber auch um Mitte- und Hochvoltlampen, die an einer Spannung von normalerweise 80 bis 250 V betrieben werden.
Stand der Technik
Die EP-A 765 528 beschreibt eine Halogenglühlampe mit IRC-Technologie. Die dort diskutierte Figur 2 zeigt eine Lampe in NV, Figur 4 eine Lampe in HV. Dort wird ein el- lipsoidaler Tonnenkörper als Kolben verwendet, der mit IRC beschichtet ist.
Eine Lampe in HV-Technologie , basierend auf einem NV- Brenner und zugeordnetem Trafo, ist aus DE 83 29 164U be- kannt .
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halogenglühlampe mit IRC-Beschichtung anzugeben, die sich durch möglichst hohe Effizienz auszeichnet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merk- male des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Halogenglühlampe durch die Kombination zweier Merkmale aus: die speziell entwi- ekelte Wendel hat eine Länge L und einen Durchmesser D, wobei gilt dass L : D ≥ 6 ist. insbesondere soll L : D im Bereich 9 bis 11 liegen. Der Kolben weist im Längsschnitt eine elliptische Kontur auf, wobei es entscheidend auf die Exzentrizität der gewählten Ellipse ankommt. Erfindungsgemäß soll die Exzentrizität ε = 0,5 bis 0,7 gewählt werden.
Halogenglühlampen mit infrarot-reflektierender Kolbenbe- schichtung (IRC-Lampen) in Nieder- und Mittelvoltausführung bis 140 V Spannung sind bereits bekannt. Maßnahmen zur Verbesserung ihres Wirkungsgrades konzentrierten sich bisher auf die Optimierung der Schichtsysteme. Im folgenden aber soll gezeigt werden, dass, im Gegensatz zur Situation bei herkömmlichen Lampen, die lichttechnischen Eigenschaften einer IRC-beschichteten Lampe ganz erheb- lieh von Details der Gestaltung und auch von der absoluten Größe des Lampenkolbens abhängen.
Jede Halogenlampe mit Ellipsoidkolben benötigt eine Zuleitung von der Wendel zur Quetschung. Außerdem ist aber ein Hals in der Nähe der Quetschung nötig, insbesondere realisiert als Einrollung am Übergang in die Quetschung. Außerdem ist bisher eine Pumpspitze nötig.
Beide Elemente stören die Transmission des Nutz- Lichtstroms und reduzieren den Anteil der Kolbenoberfläche, welcher zu einer Rückstrahlung auf die Wendel mit- tels der IRC-Schicht zur Verfügung steht. Da die beiden Elemente einen erheblichen Teil der Kolbenoberfläche ausmachen, handelt es sich um eine wesentliche Störung.
In den gestörten Bereichen nahe des Halses und der Pumpspitze ist die Transmission eingeschränkt, weil das Licht z.B. durch die Pumpspitze oder auf dem Umweg über die Quetschung abgestrahlt wird oder infolge einer Fehlfunktion der IRC-Schicht absorbiert oder in den Kolben zurückreflektiert wird. Eine nennenswerte IR-Reflexion zurück auf die Wendel ist in diesen Bereichen unmöglich.
Ein weiterer unerwünschter Effekt der Kolbenform sind die häufig bei den beschichteten Lampen erkennbaren Farbsäume. Im Idealfall sollte eine IRC-Schicht für das Auge unsichtbar sein. Wenn Farbsäume deutlich auftreten, bedeutet dies eine lichtabsorbierende und damit effizienzver- ringernde Fehlfunktion der Schicht in diesem Bereich.
Diese Fehlfunktion tritt verstärkt im Bereich einer starken Krümmung des Kolbens auf, weil sich hier durch den großen Winkel zwischen der Flächenncsrmalen und der Richtung, von der aus die Beschichtung auf die Kolben- Oberfläche aufgebracht worden ist, die gewünschte Dicke der aufgebrachten IRC-Schichten nicht ausreichende genau kontrollieren lässt.
Zu den genannten Effekten kommt hinzu, dass es im Bereich von Pumpspitze und Kolbenhals verstärkt zu herstellungs- bedingten Störungen der Kolben-Oberfläche kommt. Dadurch wird das Aufbringen der IRC-Schichten zusätzlich erschwert und die Funktionsweise der IRC-Schichten zusätzlich beeinträchtigt. Im Bereich der Pumpspitze ist das Problem vor allem in Quarzrauch zu sehen, der beim Abschmelzen der Pumpspitze entsteht. Dieser wird zwar vor dem Aufbringen der IRC- Beschichtung, beispielsweise durch Polieren, entfernt. Es verbleibt aber als Konsequenz eine gewisse Rauhigkeit der Oberfläche in diesem Bereich.
Im Bereich des Kolbenhalses entstehen häufig feine Rillen durch den Einrollprozess bei der Herstellung des Halses. Die von Pumpspitze und Einrollung verursachte Störung der Funktionsweise der IRC-Schichten bezieht sich insgesamt auf eine weit größere Fläche als die beiden Elemente Hals und Pumpspitze selbst einnehmen.
Eine Abschätzung des bezogen auf den Mittelpunkt des Kolbens sich ergebenden ungestörten Bereichs, als Raumwinkel ausgedrückt, zeigt, dass bei NV-Lampen mit sehr kleinen und nahezu kugelförmigen Kolben nur etwa 70 % und bei MV- und HV-Lampen mit relativ kleinen Ellipsoidkolben nur etwa 80 % des vollen Raumwinkels von 4 π Steradian für eine ungestörte Lichttransmission und Rückstrahlung durch die IRC-Schicht genutzt werden können.
Beim Stand der Technik ist in den gestörten Bereichen nahe des Halses und der Pumpspitze die Transmission eingeschränkt, weil das Licht z.B. durch die Pumpspitze oder auf dem Umweg über die Quetschung abgestrahlt wird oder infolge einer Fehlfunktion der IRC-Schicht absorbiert o- der in den Kolben zurückreflektiert wird. Eine nennenswerte IR-Reflexion zurück auf die Wendel ist in diesen Bereichen unmöglich.
Die Ausdehnung der gestörten Bereiche ist rein durch den Herstellprozess bedingt und von anderen Abmessungen, z.B. der Länge und dem Durchmesser des Lampenkolbens, unabhängig. Daher kann alleine durch bewusst möglichst groß gewählte geometrische Abmessungen des Kolbens eine beträchtliche Effizienzerhöhung durch Vergrößerung der un- gestörten Oberfläche erzielt werden.
Ein in Abkehr vom Stand der Technik bewusst groß dimensionierter Lampenkolben hat zusätzlich einen generellen Effizienzvorteil, weil die Abmessungen etlicher Unregelmäßigkeiten, beispielsweise von Schlieren, Einschlüssen o- der Blasen im Glas oder von Defekten in der IRC-Schicht nicht von den Abmessungen des Lampenkolbens abhängen. Ein großer Lampenkolben bietet daher stets ein günstigeres Verhältnis aus intakter und gestörter Fläche als ein kleiner Kolben.
Ein groß dimensionierter Lampenkolben hat auch den Vorteil einer geringen thermischen Belastung der IRC- Schicht, sodass eine temperaturbedingte Verringerung der Effizienz durch Schichtalterung, beispielsweise Rissbildung, im Laufe der Lebensdauer verhindert werden kann.
Die Verluste an den durch Pumpspitze und Hals gebildeten beiden Polen des Lampenkörpers lassen sich zudem durch die Wahl eines axial angeordneten, möglichst langgestreckten und möglichst dünnen Leuchtkörpers verringern, weil bei diesem fast nur eine seitliche Abstrahlung in die ungestörten Kolbenbereiche stattfindet. Eine kurze Glühwendel mit relativ großem Durchmesser hat im Gegensatz dazu einen nahezu kugelförmigem Lichtverteilungskörper, strahlt also gleichermaßen in die günstigen und ungünstigen Kolbenbereiche ab. Beim Vergleich der Kolbenkonturen fällt weiterhin auf, dass eine MV-Lampe und erst recht eine HV-Lampe eine weitaus größer dimensionierte rückwärtige Öffnung und somit einen größeren Hals aufweist als eine NV-Lampe. Dies ist nötig um einen ausreichenden Abstand zwischen den parallel aus dem Hals herausgeführten Stromzuführungen zu gewährleisten, so dass die Bildung eines Lichtbogens verhindert wird. Daraus wird klar, dass eine hinsichtlich Effizienz optimierte Kolbenform vor allem bei Verwendung von Niederspannung zur Versorgung der Lampe möglich ist, aber bei geeigneter Dimensionierung des Kolbens auch bei MV- und HV-Lampen möglich ist.
Die Verwendung von Niederspannung hat weiterhin den Vorteil, dass sich wegen der höheren Drahtquerschnitte eine ohne weitere Hilfsmittel mechanisch stabile Glühwendel mit den gewünschten Abmessungen realisieren lässt.
Aus den obigen Betrachtungen geht hervor, dass ein sehr hoher Wirkungsgrad und Effizienz bei einer Halogenglühlampe erreicht werden kann, wenn ganz bewusst eine Nie- dervolttechnologie verwendet wird, wobei im Gegensatz zum Stand der Technik ein langgestreckter Ellipsoidkolben und ein länglicher Leuchtkörper verwendet wird. Dabei soll die Exzentrizität des Kolbens ε im Bereich 0,5 bis 0,7 liegen und das Verhältnis aus Länge und Durchmesser L: D des Leuchtkörpers im Bereich ab 6:1 gewählt werden.
Die mögliche Effizienzverbesserung lässt sich allein schon durch Extrapolation der Daten einer kryptongefüllten Versuchslampe plausibel machen, die im wesentlichen die gewünschten Abmessungen von Kolben und Wendel auf- weist, aber für eine Spannung von 120V ausgelegt ist. Da- mit konnte bereits eine Lichtausbeute von 31,9 Lm/W entsprechend 86% Effizienzgewinn bzw. 7% Heißwiderstandszuwachs der Wendel erreicht werden, wobei die Lebensdauer 1162 h betrug.
Im einzelnen lässt sich beispielhaft eine Effizienzsteigerung wie folgt abschätzen. Es wird angenommen, dass der Durchmesser des Kolbenhalses und damit des gestörten Kolbenbereichs zur Quetschung hin bei einer NV-Lampe (12 V) auf die Hälfte des Wertes einer 120 V- Lampe verringert werden kann, weil keine Gefahr der Lichtbogenbildung besteht. Damit ergibt sich ein Freistrahlungsbereich von 144° im Vergleich zu 121° bei einer 120V-Lampe. Dies entspricht einem um 12% größeren Raumwinkel und, im Falle eines lambertstrahlenden Zylinders als Leuchtkörper, entspricht dies einem um 7% höheren Ge- samt-Strahlungsfluss [A] durch den ungestörten Kolbenbereich.
Diese Verbesserung wirkt sich voll auf die von der IRC- Schicht auf die Wendel zurückgeworfene Strahlung und da- mit auf den Heißwiderstandszuwachs HRG aus, der sich ausgehend von 7% bei der 120V-Lampe auf HRG = 1.07*7% = 7.5% [B] erhöht.
Eine Leistungsaufnahme der Wendel von unbeschichtet beispielsweise 43W geht damit auf 4OW zurück, nämlich 43W/l,075 [C] .
Zur Berechnung des Lichtstroms wird die auf 2000 h umgerechnete Lichtausbeute der 120V-Lampe verwendet, d.h.
29,3 Lm/W bei 2000h = 0,92*31,9 Lm/W bei 1162h Lebensdauer [D] . Da erfahrungsgemäß zwischen vergleichbaren 120V- und 12V- Lampen ein Effizienzvorteil von etwa 6% zugunsten der 12V-Lampe besteht, ergibt sich ein Wert von
31.1 Lm/W bei 12V = 1.06*29.3 Lm/W bei 120V [E] .
Wenn der störungsfreie Bereich eine um 50% höhere Lichttransmission als der gestörte Bereich in der Nähe von Hals und Pumpspitze hat, dann erhöht sich wegen [A] und [C] der direkt emittierte Lichtstrom um 3,5%, womit sich ein Lichtstrom von
[F] : 1288 Lm = 1.035 * 31.1 Lm/W * 4OW
ergibt .
Die Lichtausbeute beträgt dann
[G] 32.2 Lm/W bei 2000h Lebensdauer
Durch Verwendung von Xenon als Hauptbestandteil des Füll- gases anstatt einer Kryptonfüllung wird die Lebensdauer durchschnittlich um etwa 50% erhöht, so dass die vorgeschlagene Lampe größenordnungsmäßig etwa
[H] 32.2 Lm/W bei 3000h Lebensdauer
erreicht .
Unter der Annahme eines 95%-igen Wirkungsgrades bei einem elektronischen Transformator kann eine Netzspannungslampe auf der Basis einer erfindungsgemäßen NV-Lampe als Brenner wegen [C] eine System-Lichtausbeute von
[I] 30,6 Lm/W = 1288 Lm/ (40W/0 , 95) erreichen. Damit ist also eine Netzspannungslampe mit e- lektronischem Trafo realisierbar, die bei 42W Leistungsaufnahme den Lichtstrom einer lOOW-Allgebrauchslampe liefert.
Für die Realisierung sowohl als NV-Lampe auch als HV- Lampe ist vorteilhaft, wenn das Lampengefäß ein geschlossenes Ellipsoid und kein Tonnenkörper ist. Die große Halbachse des Ellipsoids sollte (im ungestörten idealen Fall) mindestens 9,5 mm und die kleine Halbachse mindestens 7,5 mm betragen. Der größte Außendurchmesser des Kolbens sollte dementsprechend mindestens 15 mm betragen, während übliche NV-Lampen bisher etwa 12 mm maximalen Außendurchmesser aufweisen. Die Pumpspitze und der Halsbereich werden so gestaltet, dass ihr Basisdurchmesser höchstens 6 mm beträgt.
Der Leuchtkörper ist axial angeordnet und erstreckt sich in einem Bereich zwischen den beiden Brennpunkten des
Ellipsoids. Er kann wegen seiner Dimensionierung von L
(Länge des Leuchtkörpers) und D (Außendurchmesser des Leuchtkörpers) als nahezu fadenförmig angenommen werden. Diese Bemaßung steht im völligen Gegensatz zum Stand der Technik, der regelmäßig einen Tonnenkörper für das Ellipsoid gewählt hat und bei dem der Leuchtkörper gerade nicht fadenförmig, sondern als Zylinderkörper angenommen werden muss.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen : Figur 1 eine Halogenglühlampe als Prinzipdarstellung;
Figur 2 eine Darstellung der ungestörten und gestörten Kolbenbereiche als Schema;
Figur 3 eine Netzspannungslampe auf Basis des vorge- schlagenen NV-IRC-Brenners und eines zugeordneten Trafos;
Figur 4 ein Querschnitt durch eine Quetschung mit integriertem Pumploch;
Figur 5 einen Kolben mit geformtem ersten Ende.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel einer NV-Halogenglühlampe 1 zeigt Figur 1. Sie hat einen einfach gewendelten Leuchtkörper 2, und einen längsgestreckten, mit einer Längsachse A ausgestatteten Kolben 3, der in einer Quetschung 4 endet. Durch die Quetschung sind zwei Stromzuführungen 5a, 5b, evtl. über Folien, aus dem Innern des Kolbens herausgeführt. Die Stromzuführungen 5 haltern den axial angeordneten Leuchtkörper 2. Der Kolben 3 ist als Ellipsoid gestaltet mit einer Exzentrizität von ε = 0,6.
Der Kolben 3 hat eine Pumpspitze 10 und am entgegenge- setzten Ende des Kolbens einen Hals 11, der in der Quetschung 4 endet. Der Leuchtkörper ist im Kolben durch die beiden Stromzuführungen so gehaltert, dass eine kurze Stromzuführung 5a in etwa axial zur Quetschung geführt ist und eine zweite Stromzuführung 5b vom quetschungsfer- nen Ende des Leuchtkörpers beabstandet von der Achse zur Quetschung zurückgeführt ist. AA bezeichnet hier den doppelten Wert der großen Halbachse, hier mit 20 mm gewählt. B bezeichnet den doppelten Wert der kleinen Halbachse, hier mit 16 mm gewählt. Der Kolben ist außen oder auch innen mit IRC beschichtet (19), wie an sich bekannt. Die Länge L des Leuchtkörpers 2 ist 12 mm, sein äußerer Durchmesser D ist 1,2 mm.
Der störanfällige Bereich in der Nähe der Pumpspitze ist mit ST bezeichnet, sein Basisdurchmesser sollte 6 mm quer zur Längsachse nicht überschreiten. Der störanfällige Bereich in der Nähe des Halses ist mit HA bezeichnet. Auch sein Basisdurchmesser quer zur Längsachse sollte 6 mm nicht überschreiten.
In Figur 2 ist die Geometrie des Kolbens 3 schematisch dargestellt. Ein typischer Öffnungswinkel Wl für den ungestörten und daher voll nutzbaren Bereich des Kolbens beträgt 144°.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel ist eine Lampe mit einseitiger Quetschung. Die Länge A=2a des Ellipsoidkolbens beträgt 15-30 mm und der maximale Durchmesser B=2b ist 15-25 mm, wenn a und b die Halbachsen der zugrundeliegenden Ellipse sind. Der Aussendurchmesser C des eingerollten Halses beträgt höchstens 8 mm. Die Achse der Glühwendel fällt mit der strichpunktiert gezeigten Hauptachse des Ellipsoidkolbens zusammen, wobei sich die Enden des Leuchtkörpers im Bereich der -nicht dargestellten- Ellipsen-Brennpunkte befinden .
Im Gegensatz zu den vor allem bei Niedervolt-IRC-Lampen bisher üblichen geometrischen Proportionen soll das
Verhältnis aus Länge L und Durchmesser D beim
Leuchtkörper der Wendel mindestens 6:1 betragen, wobei
Werte im Bereich um 10:1 bevorzugt werden, insbesondere
9:1 bis 11:1. Dadurch wird sichergestellt, dass die Abstrahlung vorrangig seitlich in die ungestörten
Kolbenbereiche erfolgt. Die Glühwendel besteht aus einem hochschmelzenden Material, beispielsweise aus Wolframdraht, dessen Durchmesser zur Realisierung verschiedener Leistungsstufen bei NV bis HV zwischen 10 und 300 μm gewählt wird. Bei HV ist dies in der Regel im Bereich 10 bis 50 μm, bei NV eher im Bereich 100 bis 300 μm. bei MV liegt der Durchmesser dazwischen. Das Lampengefäss besteht bevorzugt aus Quarzglas, daher werden häufig -nicht dargestellte- Molybdänfolien in der Quetschung für die Abdichtung der Stromzuführungen verwendet.
Ein langgestreckter ellipsoidförmiger Kolben hat, wie bereits erläutert, Vorteile beim Aufbringen der Beschich- tung im Vergleich zu einer eher kugeligen Form. Andererseits bietet eine sehr spitze und längliche Form mit ho- her Exzentrizität bei realistischen Durchmessern und Wendellängen zu wenig Platz im Bereich der Wendel-Enden, d.h. der Abstand zwischen Wendel und Kolben in diesem Bereich verursacht thermische Probleme und das zur Aufhängung der Wendel nötige Gestell lässt sich nur schwer un- terbringen. Den besten Kompromiss zwischen diesen gegensätzlich Anforderungen stellt eine elliptische Kontur dar mit einer Exzentrizität
0.5 < ε < 0.7
Im Falle eines von Brennpunkt zu Brennpunkt verlaufenden Leucht körpers entspricht ε gleichzeitig auch dem Verhältnis aus Wendellänge und Kolbenlänge.
Neben dem generellen Vorteil einer höheren Lichtausbeute zeichnet sich die vorgeschlagene Lösung durch ihre aufgrund des länglichen Leuchtkörpers ausgeprägte seitliche Lichtabstrahlung aus. Daraus ergibt sich eine besondere Eignung für Netzspannungslampen mit Schraub- oder Bajonettsockel und elektronischem Betriebsgerät. Bei solchen Lampen hat das zwischen Sockel und Niedervoltbrenner an- gebrachte Betriebsgerät üblicherweise einen weitaus größeren Durchmesser als der Lampensockel, schattet also in diesem Bereich das vom Brenner kommende Licht ab. Durch die bevorzugt seitliche Abstrahlung der vorgeschlagenen Lösung werden die daraus resultierenden Verluste vermie- den.
Figur 3 zeigt schematisch eine typische HV-Lampe 20 mit Schraubsockel 23 auf Basis eines NV-Brenners 21 und eines zugeordneten in die Lampe integrierten Trafos 22.
Besonders hohe Effizienzen lassen sich bei Halogenglühlampen für den Niedervoltbereich für Betriebsspannungen von 6-48 V erzielen. Die Lampe hat eine axiale Glühwendel mit zylindrischer Hüllkontur und einen ellipsoidförmigen Kolben, der mit einer infrarotreflektierenden Schicht (IRC-Schicht) versehen ist.
Im Gegensatz zu den bekannten Niedervolt-IRC-Lampen ist die Glühwendel sehr langestreckt und mit einem geringen Durchmesser ausgeführt. Dadurch kann der Ellipsoidkolben eine längliche Form mit geringer Oberflächenkrümmung und einen relativ grossen Durchmesser erhalten, wodurch sich dessen Beschichtbarkeit und die Langzeitstabilität der Schicht verbessern.
Im Gegensatz zu den bekannten Mittelvolt-IRC-Lampen ist aufgrund der geringeren Versorgungsspannung eine weitaus kleinere Öffnung zur Durchführung der Stromversorgung nötig. Dadurch erhöht sich die für eine Infrarotreflexion zurück auf die Wendel nutzbare Kolbenfläche, was den Wirkungsgrad ganz erheblich verbessert. Die vorgeschlagene Lampe ist aufgrund ihrer Gestaltung weitaus besser als Einbaulampe, üblicherweise als Brenner bezeichnet, für die Verwendung in Netzspannungslampen (Hochvolt und Mittelvoltnetze) mit elektronischem Betriebsgerät geeignet als die üblichen Niedervoltbrenner. Derartige Netzspannungslampen können selbstverständlich auch in Leuchten integriert sein. Der prinzipielle Aufbau ist ähnlich wie in DE 83 29 164U beschrieben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Kolben an seinem ersten Ende überhaupt kein Pumploch auf, sondern er ist dem Ellipsoid folgend abgerundet, wobei das Pumploch in die Quetschung integriert ist. Eine der- artige prinzipielle Konstruktion ist aus WO 2007/110320 bekannt. In Figur 4 ist eine derartige Quetschung 45 im Querschnitt gezeigt, wobei das Pumploch 39 noch offen dargestellt ist.
Figur 5 zeigt eine Lampe mit dem Ellipsoid angepassten, geformtem ersten Ende 40, wobei ein Pumploch 39 in die Quetschung seitlich integriert ist. Es ist dort mit einem Stempel 41 verschlossen, ähnlich wie in WO 2007/110320 beschrieben. Die Stromzuführungen 42 und 43 sind dabei dezentral vom Leuchtkörper 44 durch die Quetschung 45 nach außen geführt.

Claims

Ansprüche
1. Halogenglühlampe mit einem eine Längsachse aufweisenden rotationssymmetrischen Kolben, bei dem zumindest ein Teil einer Oberfläche des Kolbens mit einer IR-Strahlung reflektierenden Beschichtung versehen ist, wobei ein gewendelter Leuchtkörper axial im Kolben angeordnet ist, wobei der Kolben mit einer IRC-Schicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, wobei die Länge L und der Durchmesser D des gewen- delten Leuchtkörpers in einem Verhältnis von mindes- tens 6:1 zueinander stehen, und wobei der Kolben als Ellipsoid geformt ist, wobei die Enden des Leuchtkörpers im wesentlichen in den beiden Brennpunkten der das Ellipsoid als Rotationskörper aufspannenden Ellipse liegen, mit einer Exzentrizität ε, die im Bereich 0,5 bis 0,7 liegt.
2. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lampe eine NV-Lampe ist, bei der der Leuchtkörper für eine Spannung von maximal 48 V ausgelegt ist.
3. Halogenglühlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leuchtkörper für eine Spannung im Bereich 6 bis 18 V ausgelegt ist.
4. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Lampe eine MV- oder HV-Lampe ist mit einem Leuchtkörper, der für eine Spannung von 80 bis 250 V ausgelegt ist.
5. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass L : D im Bereich 9 bis 11 liegt.
6. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die große Halbachse der Ellipse min- destens 9,5 mm lang ist.
7. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die kleine Halbachse der Ellipse mindestens 7,5 mm lang ist.
8. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass der gewendelte Leuchtkörper eine Länge L von 10 bis 15 mm hat.
9. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gewendelte Leuchtkörper einen äußeren Durchmesser 0,9 bis 1,7 mm hat.
10. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gewendelte Leuchtkörper aus Wolframdraht mit einem Durchmesser d zwischen 10 und 300 μm besteht, insbesondere mit d = 10 bis 50 μm für HV-Lampen und d= 100 bis 300 μm für NV-Lampen.
11. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben an einem ersten Ende der Längsachse eine Pumpspitze aufweist, wobei die Abmessung der Pumpspitze als Störzone für die IRC- Beschichtung maximal 8 mm, bevorzugt maximal 6 mm, quer zur Längsachse beträgt.
12. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben an seinem ersten Ende dem Ellipsoid folgend abgerundet ist, wobei das Pumploch in die Quetschung integriert ist.
13. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben an einem zweiten Ende der Längsachse einen Hals aufweist, wobei die Abmessung des Halses als Störzone für die IRC- Beschichtung maximal 8 mm quer zur Längsachse für NV-Lampen beträgt, insbesondere 4 bis 6 mm.
14. Lampe oder Leuchte für den Betrieb an Netzspannung, wobei die Lampe oder Leuchte einen Brenner für den Betrieb an Niederspannung im Bereich 6 bis 48 V und einen Trafo aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als Brenner eine Halogenglühlampe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 3 verwendet wird.
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