DE69501355T2

DE69501355T2 - Glühwendellampe

Info

Publication number: DE69501355T2
Application number: DE69501355T
Authority: DE
Inventors: Ronald James Olwert; Timothy D Page
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1994-04-21
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2015-04-13
Also published as: EP0678901B1; JPH0845482A; CA2147017A1; EP0678901A1; KR950034400A; DE69501355D1; TW353189B; ES2112014T3

Description

Hintergund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Lampen und mehr im besonderen auf Glühlampen. Die Erfindung ist besonders anwendbar auf eine Glühlampe mit einem Glübfaden, der Licht aufgrund angelegten elektrischen Stromes innerhalb eines umhüllenden, unter Druck stehenden, glasartigen ersten Kolbens erzeugt. Der erste Kolben ist innerhalb eines zweiten oder Außenkolbens enthalten, und der zwischen dem Kolben gebildete Hohlraum ist mit einem Inertgas gefüllt. Diese Anordnung gestattet die Verwendung der Lampe in einer weiten Vielfalt von Anwendungen, da sie das Potential für eine elektrische Sicherheitsgefährdung beseitigt, die Wahrscheinlichkeit eines nicht passiven Versagens verringert, und sie in nicht hermetisch abgedichteten Lampen-Produkten eingesetzt werden kann.
Figur 1 veranschaulicht eine Quarzlampe A, die sich derzeit auf dem Markt befindet. Diese Lampe hat einen im wesentlichen zylindrischen Kolben oder eine äußere Hülle B, die vorzugsweise aus Quarz oder einem ähnlichen glasartigen Material hergestellt ist. Ein erstes oder äußeres Ende C des Kolbens ist abgedichtet, und das zweite oder innere Ende D ist in einem Lampensockel E aufgenommen.
Zentral innerhalb des Kolbens ist ein Licht erzeugender Glühfaden F abgestützt. Wie aus Figur 1 deutlich wird, ist der Glühfaden F allgemein mit einer Längsachse des Kolbens ausgerichtet, und er wird durch einen ersten und zweiten Trägerteil G,H in Position gehalten. Der erste Trägerteil G schafft sowohl mechanische Abstützung als auch elektrische Verbindung zwischen einem ersten Ende des Glühfadens und einer ersten elektrischen Zuleitung. Die erste Zuleitung endet in einer außen mit Gewinde versehenen Hülse J, die über einem Abschnitt des Sockelteiles aufgenommen ist. Der zweite Trägerteil H stützt gleichermaßen ein zweites Ende des Glühfadens Er ist elektrisch über eine zweite Zuleitung mit einer Lot-Verbindung K am Ende eines zentralen Durchganges verbunden, der sich allgemein axial durch den Sockel E erstreckt. Die Lot-Verbindung und die Hülse schaffen somit die elektrische Verbindung mit einer Fassung, die den Lampensockel aufnimmt.
Diese Lampen können auch einen Infrarot-Überzug, der durch den Buchstaben L repräsentiert ist, auf dem Kolben B verwenden. Der Überzug soll einen Teil des emittierten Lichtes zum Glühfaden reflektieren und die Wirksamkeit des Lampenbetriebes erhöhen. Unglücklicherweise ist diese Lampen-Konfiguration, wie weiter unten deutlicher wird, für die Erzielung erwünschter höherer Wirksamkeiten nicht ideal.
Eine Glühfaden-Lampe mit einem Glühfaden innerhalb einer allgemein elliptisch gestalteten Kammer ist in der EP-A-0 562871 beschrieben. Eine Halogenlampe mit doppeltem Kolben, bei der ein innerer Kolben, der einen Glühfaden enthält, innerhalb eines Außenkolbens abgestützt ist, wie in der EP-A-0 590602 beschrieben.
Die hohen Energiekosten, insbesondere in ausgewählten Ländern, erfordern, daß diese Art von Lampe deutlich höhere Wirksamkeiten ohne Verringerung der Leistungsfähigkeit erzielt. So ist, z.B., eine äquivalente Leistungsfähigkeit erwünscht, und sie kann bei der Lumen-Abgabe und der Lampen-Lebensdauer gemessen werden, während die Größenanforderungen für Lampen dieser Art erfüllt werden. Ein geringerer Energieverbrauch, hohe Lumenzahl und größere Lampen-Lebensdauer gipfeln in dieser besonderen Anwendung, und es sind bei bekannten Anordnungen beträchtliche Änderungen erforderlich, um diese zu erzielen. So haben, z.B., derzeit hergestellte Versionen, wie sie in Figur 1 dargestellt sind, die bei 110 Volt betrieben werden, Wattzahlen von 65, 85 und 130.
Es wird angenommen, daß das Modifizieren des IR-Überzuges auf dem Kolben mit bekannten Überzügen zu einem Wirksamkeits-Gewinn zwischen 2% und 4% gegenüber Lampen mit bekannten IR-Überzügen führen könnte. Es sind jedoch noch immer deutlich höhere Wirksamkeiten erforderlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft eine neue und verbesserte Lampe, die all die oben genannten Probleme und andere überwindet und einen verringerten Energieverbrauch aufweist, ohne Lumen-Abgabe, Lampen-Lebensdauer zu beeinträchtigen oder die Größe der Lampe materiell zu ändern.
Eine Lampe gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Modifikationen dieser Lampe sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung hat die Lampe einen inneren Kolben, der einen Licht erzeugenden Glühfaden innerhalb eines elliptschen Abschnittes des inneren Kolbens enthält. Ein Überzug auf dem elliptischen Abschnitt des Kolbens reflektiert ausgewählte Wellenlängen des erzeugten Lichtes zum Glühfaden Ein im wesentlichen zylindrischer Außenkolben umgibt den Innenkolben und bildet einen Hohlraum dazwischen. Der Hohlraum ist mit einem Inertgas gefüllt, um die Oxidation der ersten und zweiten Zuleitung, die sich vom Glühfaden durch den inneren Kolben erstrecken, zu begrenzen.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird die Temperatur des inneren Kolbens durch den Einsatz eines erwünschten Füllgases und Fülldruckes innerhalb des Hohlraumes reguliert, um eine optimale Leistungsafähigkeit hinsichtlich der Lumen-Abgabe und der Lampen- Lebensdauer zu erzielen.
Ein Hauptvorteil der Erfindung ergibt sich aus einem deutlich verringerten Energieverbrauch bei dieser Lampenkonstruktion mit Bezug auf bekannte Anordnungen.
Ein anderer Vorteil liegt im Aufrechterhalten der Lumen-Abgabe, der Lampen-Lebensdauer und befriedigender Abmessungs-Anforderungen mit Bezug auf derzeit hergestellte Quarzlampen dieser Art.
Noch andere Vorteile und Nutzen der Erfindung werden für den Fachmann beim Lesen und verstehen der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung kann physische Form in gewissen Teilen und Anordnungen von Teilen annehmen, von denen eine bevorzugte Ausführungsform detailliert in dieser Beschreibung erläutert und in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist, die einen Teil davon bildet, wobei zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht einer Lampe nach dem Stande der Technik, bei der ausgewählte Bereiche im Schnitt gezeigt sind,
Figur 2 eine Seitenansicht der neuen erfindungsgemaßen Lampe, bei der ausgewählte Teile in einer ähnlichen Weise wie in Figur 1 im Querschnitt gezeigt sind,
Figur 3 eine Seitenansicht des Trägerteiles, der zum Montieren des inneren Kolbens im äußeren Kolben benutzt wird, und
Figur 4 eine Seitenansicht, die zeigt, wie das mit Haken versehene Ende des Trägerteiles den inneren Kolben in dem äußeren Kolben der erfindungsgemäßen neuen Lampe führt und orientiert.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

In der Zeichnung, die die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, diese aber nicht beschränken soll, zeigen die Figuren 2 bis 4 eine modifizierte Glühfaden-Lampe 10 mit verbesserter Leistungsfähigkeit. Es wird insbesondere ein verringerter Energieverbrauch erzielt, ohne Lumen-Abgabe, Lampen-Lebensdauer oder Abmessungs-Anforderungen im Vergleich mit der Ausführungsform des Standes der Technik nach Figur 1 zu beeinträchtigen. Die Lampe 10 schließt einen Licht erzeugenden Teil, vorzugsweise einen Glühfaden 12, ein. Bei dieser Ausführungsform ist der Glühfaden eine Doppelwendel, wie sie üblicherweise in der Industrie benutzt wird. Es können jedoch auch andere Glühfaden-Konfigurationen, wie Einfachwendel, Dreifachwendel usw., benutzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Das erste und zweite Ende 14,16 des Glühfadens sind allgemein entlang einer Achse ausgerichtet, die mit einer Längsachse des inneren Kolbens 20 genau zusammenfällt. Der innere Kolben ist aus einem glasartigen Material geformt, z.B. Quarz, und er ist an seinen gegenüberliegenden Enden in einer Weise abgedichtet, die weiter unten detaillierter beschrieben werden wird.
Der innere Kolben 20 schließt einen zentralen, im wesentlichen elliptischen Abschnitt 22 ein, bei dem die Brennpunkte der elliptischen Konfiguration vorzugsweise auf der Längsachse angeordnet sind, die mit der Glühfaden-Achse zusammenfällt. Zumindest die äußere Oberfiäche des elliptischen Abschnittes weist einen Überzug auf, der ausgewählte Wellenlängen des erzeugten Lichtes zum Glühfaden reflektieren soll. Der Überzug trägt in der Zeichnung die Bezugsziffer 24, und es wird klar sein, daß er vorzugsweise einen Infrarot-Überzug umfaßt, der andere Wellenlängen des Lichtes hindurchgehen läßt, während er den JR-Teil des emittierten Lichtspektrums zum Glühfaden reflektiert. Der reflektierte JR-Teil des emittierten Lichtes trägt zur Temperaturerhöhung des Glühfadens bei, was zu einer erhöhten Wirksamkeit der Lichtemission führt, da mindestens ein Teil der reflektierten JR-Strahlung in sichtbare Lichtstrahlung umgewandelt wird. Der auf der Halogen-IR -Lampe der General Electric Company benutzte Überzug ist ein Beispiel für eine Art von IR-reflektierendem Überzug, der in der Industrie benutzt wird. Vorzugsweise ist der Überzug aus mehreren Schichten aus hochschmelzenden Metalloxiden zusammengesetzt, die abwechselnd einen hohen und einen geringen Brechungsindex aufweisen.
Die im Kolben ausgebildete Kammer 26, die den Glühfaden beherbergt, ist vorzugsweise mit einem unter Druck stehenden Edelgas, wie Xenon, Krypton, Argon oder Stickstoff gefüllt, das hinzugegeben werden kann, um einen Lichtbogen bei Hochspannungs-Produkten in einer Menge von 5% bis 10% zu unterdrücken. Ein verringerter Kaltdruck in der Größenordnung von 3,3 x 10&sup5; Pa (2.500 Torr) kann erzielt werden, und er ist deutlich geringer als die Kaltdrucke des Standes der Technik in der Größenordnung von 5,3 x 10&sup5; Pa (4.000 Torr).
Das erste Ende des inneren Kolbens hat einen verringerten Querschnitt, und es ist angepaßt zur Aufnahme eines Endes einer ersten inneren Zuleitung 30, Gleichermaßen hat ein zweites Ende des inneren Kolbens einen verringerten Querschnitt, und es ist angepaßt zur Aufnahme eines Endes einer zweiten inneren Zuleitung 32. Diese inneren Zuleitungen sind mit den Enden 14,16 des Glühfadens verbunden, treten aus der Kammer 26 heraus und werden abgedichtet innerhalb der Abschnitte verringerten Querschnittes des abgedichteten Quarzes an gegenüberliegenden Enden des inneren Kolbens aufgenommen. Die Zuleitungen sind ihrerseits elektrisch mit dünnen Metallfolien, die typischerweise aus Molybdän hergestellt sind und gewöhnlich als Moly-Folien bezeichnet werden, verbunden. Es ist somit ein Paar von Moly-Folien 34,36 in den Enden verringerten Durchmessers des inneren Kolbens mittels irgendeiner bekannten oder konventionellen Dichtungs-Anordnung abgedichtet.
Erste und zweite äußere Zuleitungen 40,42 erstrecken sich allgemein axial von den äußeren Enden der Folien 34,36 aus nach außen. Äußere Anschlußenden der ersten und zweiten äußeren Zuleitung 40,42 stehen aus dem inneren Quarzkolben hervor und sind mit Trägerteilen in einer Weise verbunden, die detaillierter weiter unten beschrieben wird.
Die erste äußere Zuleitung 40 erstreckt sich vom inneren Kolben aus und ist mit einem ersten Trägerteil oder Trägerdraht 50, insbesondere entlang einem ersten Ende 52 des Trägerteiles, verbunden. Irgendeine geeignete mechanische Verbindung zwischen dem ersten Trägerteil und der ersten äußeren Zuleitung 40 kann benutzt werden. Ein zweites Ende 54 des ersten Trägerteils ist im Lampensockel 60 eingebettet oder in anderer Weise dort befestigt. Vorzugsweise besteht der Lampensockel aus einem Keramikmaterial, obwohl andere Materialien benutzt werden können, ohne den Umfang und Inhalt der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein zweiter Trägerteil 70 verbindet die zweite äußere Zuleitung 42 mit dem Lempensockel 60. Er ist auch vorzugsweise in dem Sockel eingebettet, um eine elektrisch isolierte, stabile Abstützung für den inneren Kolben zuschaffen.
Erste und zweite Zuleitungsdrähte 72,74 sind mit den Enden der ersten und zweiten Trägerteile 50,70 verbunden. Ein erster Zuleitungsdraht erstreckt sich durch eine axial ausgerichtete Öffnung im Sockel. Die Öffnung hat einen radialen Abstand von der Längsachse des Glühfadens und der Lampe. Der erste Zuleitungsdraht erstreckt sich durch die Öffnung, und er ist mit einer außen mit Gewinde versehenen Hülse 80 verbunden, die um den Sockel herum angeordnet ist. Ein zweiter Zuleitungsdraht 74 erstreckt sich allgemein axial entlang der Längsachse und verläßt den Sockel durch die zentrale Öffnung 78. Eine Lotverbindung mit der Bezugsziffer 82 wird zum Ende des zweiten Zuleitungsdrahtes hergestellt, so daß das gelötete Ende sich axial und radial im Abstand von der Hülse 80 befindet. Der axiale und radiale Abstand zwischen der Hülse 80 und der Lotverbindung 82 arbeitet mit geeigneten Kontakten in einer (nicht gezeigten) die Lampe aufnehmenden Fassung zusammen, um dem Glühfaden durch die Zuleitungsdrähte, Trägerteile, äußere Zuleitungen, Moly-Folien und inneren Zuleitungen elektrischen Strom zuzuführen.
Ein zweiter oder äußerer Kolben 90 hat ein erstes oder geschlossenes Ende 92 und ein zweites Ende 94, das in einer Ausnehmung 96 des Sockels aufgenommen wird. Ein Zement- Material 98 legt das zweite Ende 94 des Außenkolbens im Sockel fest und hält den Außenkolben starr, mit Bezug auf den Sockel. Die Trägerteile sind somit in einem verengten Querschnitt des Außenkolbens gesichert, wo sich die Trägerteile vom Außenkolben aus nach außen erstrecken. Die Trägerteile sind weiter durch den Zement 98 im Sockel gesichert.
Der Außenkolben hat entlang seiner Länge einen Abstand vom inneren Kolben 20, um einen abgedichteten Hohlraum 100 zu bilden. Der Hohlraum ist vorzugsweise mit einem Inertgas gefüllt, um die Oxidation der äußeren Zuleitung zu verhindern. Findet eine Oxidation der äußeren Zuleitungen statt, dann wird die Dichtung zwischen den äußeren Zuleitungen und dem inneren Kolben potentiell aufgebrochen, weil eine Keilwirkung als ein Ergebnis der Oxidation auftreten kann. Das Inertgas kann auch vorteilhaft bei einem relativ geringen Druck von 5,3 x 10&sup4; Pa (400 Torr) gehalten werden. Dieser geringe Druck sorgt für eine Anzahl von Vorteilen Zusätzlich zum Verhindern der Oxidation der äußeren Zuleitungen modifiziert der Einsatz eines Füllgases mit variierenden Graden der Wärmeleitfähigkeit die Wandtemperatur des Innenkolbens, um eine optimale Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Lumen-Beibehaltung und der Lampen-Lebensdauer zu erzielen. Zusätzlich verringert der verringerte Druck im inneren Kolben die Wahrscheinlichkeit eines nicht passiven Versagens. Der Gebrauch eines abgedichteten Außenkolbens, der aus einem Aluminiumsilicat-Glas hergestellt ist, verringert außerdem die Menge des Ultraviolett-Lichtes (Wellenlängen im Bereich von 200 bis 400 nm), die von der Lampe abgestrahlt werden. Er gestattet auch den Einsatz der Lampe in einer nicht hermetischen äußeren Hülle. Bekannte Lampen-Anordnungen, die bei vergleichbaren Temperaturen (400-500ºC) betrieben werden, erfordern eine hermetisch abgedichtete Außenhülle oder ein Gehäuse, weil eine Oxidation der äußeren Zuleitungen schließlich zu einem Leck an der Dichtungs-Grenzfläche und zu einer verringerten Lampen-Lebensdauer führen kann. Durch Anordnen des Außenkolbens über dem inneren Kolben, kann die erfindungsgemäße neue Lampe in Produkten mit nicht hermetisch abgedichteter äußerer Umhüllung eingesetzt werden. Der Außenkolben beseitigt auch potentielle Probleme mit einem ausgesetzten elektrischen Zuleitungsdraht. Wie aus Figur 2 deutlich wird, sind alle Zuleitungsdrähte innerhalb des Außenkolbens enthalten.
In Figur 2 und zusätzlich in den Figuren 3 und 4 sind die Trägerteile detaillierter veranschaulicht. Wie ursprünglich hergestellt, wird ein kontinuierlicher Draht mit einer allgemein haken- oder U-förmigen Konfiguration 52 an einem ersten Ende versehen. Die Haken-Konfiguration gestattet das Führen und Zentrieren des Trägerteiles und gleichzeitig des inneren Kolbens beim Einführen in den Außenkolben, wie in Figur 4 gezeigt.
Erwartete Ergebnisse mit der neuen Lampe, wie sie unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 gezeigt und beschrieben sind, sind die Verringerung des Energieverbrauchs von 65 auf 50 Watt, 85 auf 65 Watt und 130 auf 90 Watt. Dies erzielt eine Verringerung der Wattzahl in der Größenordnung von 23% bis 31% gegenüber derzeit hergestellten Lampen dieser Art.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben. offensichtlich sind Modifikationen und Änderungen beim Lesen und Verstehen dieser Beschreibung möglich. Es sollen alle solche Modifikationen und Änderungen eingeschlossen sein, soweit sie in den Rahmen der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

1. Lampe (10), umfassend:

einen lichtdurchlässigen, langgestreckten Innenkolben (20), der einen allgemein elliptischen Abschnitt (22) aufweist;

einen langgestreckten, Licht erzeugenden Glühfaden (12), der innerhalb des elliptischen Abschnittes (22) angeordnet ist;

erste und zweite innere Zuleitungen (30,32), die erste und zweite Enden (14,16) des Glühfadens mit ersten und zweiten äußeren Zuleitungen (40,42) verbinden, deren Enden sich aus dem Innenkolben heraus erstrecken;

einen IR-Überzug (24), der auf dem elliptischen Abschnitt (22) des Kolbens angeordnet ist, um ausgewählte Wellenlängen des erzeugten Lichtes zum Glühfaden hin zu reflektieren;

einen im wesentlichen zylindrischen Außenkolben (90), der um den Innenkolben herum angeordnet ist und einen Hohlraum (100) dazwischen bildet;

ein inertes Füllgas in diesem Hohlraum zum Begrenzen der Oxidation der ersten und zweiten äußeren Zuleitungen (40,42) und

erste und zweite Trägerteile (50,70), die mit den Enden der ersten und zweiten äußeren Zuleitungen verbunden sind und den Innenkolben (20) innerhalb des Außenkolbens (90) orientieren.

2. Lampe nach Anspruch 1, worin der Glühfaden (12) eine Doppelwendel ist.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, worin der Glühfaden im wesentlichen mit den Längsachsen des Innen- und Außenkolbens ausgerichtet ist.

4. Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, weiter umfassend erste und zweite dünne Metallfolien (34,36), die in den Enden des Innenkolbens abgedichtet sind, wobei die Metallfolien die ersten und zweiten inneren Zuleitungen (30,32) mit den ersten und zweiten äußeren Zuleitungen (40,42) verbinden.

5. Lampe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, worin der IR-Überzug (24) Schichten aus hochschmelzenden Metalloxiden mit abwechselndem hohen und geringen Brechungsindex aufweist.

6. Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, worin der Innenkolben 20 eine Füllung verringerten Druckes einschließt.

7. Lampe nach Anspruch 6, worin die Füllung des Innenkolbens unter einen Druck von etwa 3,3 x 10&sup5; Pa (2.500 Torr) gesetzt ist.

8. Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, worin die Gasfüllung in dem Hohlraum unter einen Druck von etwa 5,3 x 10&sup4; Pa (400 Torr) gesetzt ist.

9. Lampe nach einem vorhergehenden Anspruch, worin das erste Trägerteil (50) ein allgemein hakenförmiges Ende (52) einschließt, das den Zusammenbau und die Anordnung des Innenkolbens innerhalb des Außenkolbens erleichtert.