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Diese Erfindung betrifft röhrenförmige Glühlampen und
insbesondere Glühfadenhalterungen zum Abstützen und Zentrieren
eines Glühfadens in einer doppelendigen Lampenkapsel.
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Röhrenförmige Halogenglühlampen enthalten einen
schraubenformigen Glühf aden, der innerhalb einer
Quarzlampenhülle axial angebracht ist. Mit dem Glühfaden
verbundene Glühfadenhalterungen stützen den Glühfaden ab und
zentrieren ihn innerhalb der Lampenhülle. Die Enden der
Lampenhülle sind hermetisch abgedichtet, was typischerweise
durch Quetschdichten erfolgt. Molybdänfolien verbinden den
Glühfaden elektrisch durch die Abdichtungen hindurch mit
äußeren elektrischen Zuleitungen. Das Innere der Lampenhülle
ist typischerweise mit einem Inertgas und einer oder mehreren
Halogenverbindungen gefüllt.
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Es ist wichtig, den Glühfaden innerhalb der Lampenhülle zu
zentrieren, um unerwünschte Wechselwirkungen zwischen dem
Glühfaden und den Wänden der Lampenhülle zu vermeiden. Außerdem
ist es wohlbekannt, daß für eine geeignete Lampenleistung der
Abstand zwischen den Windungen des Glühfadens genau eingehalten
werden muß. Dies ist wichtig, da eine geringe Änderung der
Glühfadenlänge die Betriebstemperatur des Glühfadens
signifikant ändert. Jegliche Änderung der Glühfadentemperatur
hat eine dramatische Auswirkung auf die Leistung und die
Lebensdauer der Lampe.
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Bei einem speziellen Lampentyp ist die Position des Glühfadens
sogar noch kritischer. Dieser Lampentyp ist als
Infrarotschutzlampe bekannt, die eine auf die äußere Oberfläche
der Lampenhülle aufgetragene wellenlängenselektive
Filterbeschichtung aufweist. Ein zentraler, an den Glühfaden
angrenzender Bereich der Lampenhülle weist typischerweise einen
geometrisch geformten, beispielsweise ellipsoidförmigen
Abschnitt auf. Die selektive Filterbeschichtung läßt sichtbares
Licht durch und reflektiert Infrarotstrahlung zurück zum
Glühfaden Die reflektierte Infrarotstrahlung kann den
elektrischen Leistungsbedarf der Lampe signifikant reduzieren.
Um aus der reflektierten Infrarotstrahlung einen maximalen
Nutzen zu ziehen, muß der Glühfaden sehr genau auf der Achse
der Lampenhülle zentriert sein. Damit der Glühfaden bei seiner
Solltemperatur arbeitet, muß auch die Glühfadenlänge genau
eingehalten werden.
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Eine wichtige Komponente der vorstehend beschriebenen
röhrenförmigen Glühlampenkapsel ist die Glühfadenhalterung, die
verwendet wird, um jedes Ende des Glühfadens abzustützen und zu
zentrieren und um dem Glühfaden elektrische Energie zuzuführen.
Glühfadenhalterungen für röhrenförmige Glühlampen sind in der
US-A-4 942 331, der US-A-4 510 416 und der US-A-4 959 585
offenbart. Faktoren, die mit der Gestaltung von
Glühfadenhalterungen zusammenhängen, umfassen die Notwendigkeit
eines leichten Einfügens in eine röhrenförmige Lampenhülle,
deren Innendurchmesser von Lampe zu Lampe variieren kann, die
Notwendigkeit einer exakten Zentrierung des Glühfadens während
der Lebensdauer der Lampe und die Notwendigkeit, eine
vorbestimmte Länge des Glühfadens während der gesamten
Lebensdauer der Lampe aufrechtzuerhalten.
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Aus der US-A-4 942 331 ist die Bereitstellung einer
Lampenkapsel bekannt mit:
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einer Abdichtungen an ihren einander gegenüberliegenden Enden
und eine Mittelachse aufweisenden, lichtdurchlässigen
Lampenhülle;
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einem Glühfaden innerhalb der Lampenhülle;
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ersten und zweiten, mit einander gegenüberliegenden Enden des
Glühfadens verbundenen Glühfadenhalterungen zum Abstützen und
Zentrieren des Glühfadens auf der Mittelachse der Lampenhülle;
und
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Elementen für den Anschluß elektrischer Energie durch die
Abdichtungen hindurch an die ersten und zweiten
Glühfadenhalterungen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Lampenkapsel dadurch
gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Glühfadenhalterungen
jeweils einen an den Anschlußelementen befestigten
Zuleitungsabschnitt, einen mit dem Glühfaden verbundenen
Glühfadenbefestigungsabschnitt und einen Zentrierabschnitt
aufweisen, der den Zuleitungsabschnitt und den
Glühfadenbefestigungsabschnitt miteinander verbindet, wobei der
Zentrierabschnitt erste und zweite bogenförmige Segmente zum
Berühren einer inneren Oberfläche der Lampenhülle aufweist, und
die ersten und zweiten bogenförmigen Segmente axial in Abstand
voneinander angeordnet und durch ein axiales Segment
miteinander verbunden sind.
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Der Zuleitungsabschnitt ist mit dem ersten bogenförmigen
Segment und der Glühfadenbefestigungsabschnitt ist mit dem
zweiten bogenförmigen Segment verbunden. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform bestehen der Zuleitungsabschnitt, der
Glühfadenbefestigungsabschnitt und der Zentrierabschnitt
jeweils aus einer gesonderten Länge feuerfesten Drahts.
Vorzugsweise befinden sich die ersten und zweiten bogenförmigen
Segmente in im wesentlichen senkrecht zur Mittelachse
angeordneten Ebenen, sind im wesentlichen kreisförmig
ausgebildet und umfassen weniger als einen vollen Kreis.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nun lediglich beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen folgendes dargestellt ist:
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FIG. 1 zeigt eine röhrenförmige Glühlampenkapsel gemäß dem
Stand der Technik;
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FIG. 2A-2C zeigen eine Vorder-, eine Seiten- bzw. eine
Draufsicht einer bevorzugten Glühfadenhalterung der
vorliegenden Erfindung; und
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FIG. 3 zeigt eine röhrenförmige Glühlampenkapsel, die die
Glühfadenhalterung nach den Fig. 2A-2C enthält.
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Eine röhrenförmige Glühlampenkapsel nach dem Stand der Technik
ist in FIG. 1 dargestellt. Eine schraubenförmige Glühwendel 10
ist innerhalb einer röhrenförmigen Lampenhülle 12 angebracht.
Der Glühfaden 10 ist an jedem Ende mittels Glühfadenhalterungen
14 und 16 abgestützt Die Glühfadenhalterungen 14 und 16
zentrieren den Glühfaden 10 auf einer Mittelachse 20 der
Lampenhülle 12. Die Glühfadenhalterung 14 ist über einen
Molybdänfolienleiter 24, der durch eine Abdichtung 26 verläuft,
mit einer äußeren Zuleitung 22 elektrisch verbunden. Die
Glühfadenhalterung 16 ist über einen Molybdänfolienleiter 32,
der durch eine Abdichtung 34 verläuft, mit einer äußeren
Zuleitung 30 elektrisch verbunden. Die Abdichtungen 26 und 34
dichten die Lampenhülle 12 hermetisch ab. Eine
Infrarotreflektierende Beschichtung 36 ist auf die äußere Oberfläche
der Lampenhülle 12 aufgetragen. Schraubenförmige Abschnitte der
Glühfadenhalterungen 14 und 16 haften an der inneren Oberfläche
der Lampenhülle 12 und zentrieren den Glühfaden 10 auf der
Achse 20.
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Eine Glühfadenhalterung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in
FIG. 2A-2C dargestellt. Eine Glühfadenhalterung 50 umfaßt einen
Zuleitungsabschnitt 52, einen Glühfadenbefestigungsabschnitt 54
und einen Zentrierabschnitt 56. Die Glühfadenhalterung 50 weist
eine Mittelachse 58 auf. Der Glühfadenbefestigungsabschnitt 54
verläuft durch die Mittelachse 58 mit einem Winkel, wie am
besten in FIG. 2B dargestellt. Der Zentrierabschnitt 56
verbindet den Zuleitungsabschnitt 52 und den
Glühfadenbefestigungsabschnitt 54 miteinander und sorgt für die
Abstützung und die exakte Zentrierung des Glühfadens.
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Der Zentrierabschnitt 56 umfaßt ein erstes bogenförmiges
Segment 60 und ein zweites bogenförmiges Segment 62. Die
bogenförmigen Segmente 60 und 62 sind axial in Abstand
voneinander angeordnet und durch ein axiales Segment 64
miteinander verbunden. Wie hierin verwendet, bezieht sich
"axiales Segment" auf ein Segment der Glühfadenhalterung, das
allgemein parallel zur Achse 58 angeordnet ist. Der
Zuleitungsabschnitt 52 ist mit einem Ende des bogenförmigen
Segments 62 und der Glühfadenbefestigungsabschnitt 54 ist mit
einem Ende des bogenförmigen Segments 60 verbunden. Das axiale
Segment 64 verbindet die anderen Enden der bogenförmigen
Segmente 60 und 62 miteinander.
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Die bogenförmigen Segmente 60 und 62 sind im wesentlichen
kreisförmig und umfassen weniger als einen vollen Kreis. Die
bogenförmigen Segmente 60 und 62 umfassen vorzugsweise etwa 60
bis 90% eines vollen Kreises. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform weisen die bogenförmigen Segmente 60 und 62
jeweils einen 315º-Abschnitt eines Kreises auf.
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Die bogenförmigen Segmente 60 und 62 definieren kreisförmige
Teilbereiche für den Kontakt mit der inneren Oberfläche einer
zylindrischen Lampenhülle. Die Kontaktbereiche sind durch die
Länge des axialen Segments 64 axial in Abstand voneinander
angeordnet. Die Außendurchmesser der bogenformigen Segmente 60
und 62 sind an den Innendurchmesser einer röhrenförmigen
Lampenhülle angepaßt, abzüglich einer Toleranz für Abweichungen
des Innendurchmessers einer Bogenröhre.
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Die Glühfadenhalterung so ist vorzugsweise aus einem Eisenstück
elektrisch leitenden, feuerfesten Drahts, wie Molybdän,
hergestellt, aber auch andere Materialien, beispielsweise
Wolfram, können geeignet sein. Der Draht muß eine ausreichende
Festigkeit besitzen, um den Glühfaden abzustützen, und muß
einen Durchmesser aufweisen, der ausreicht, um den Lampenstrom
zu führen. Ein Molybdändrahtdurchmesser von 0,33 mm
(0,013 Zoll) ist beispielsweise für Lampenströme von einem
Ampere oder weniger geeignet. Der Draht wird mittels einer
Drahtformmaschine mit vier Gleitschienen in die erforderliche
Form gebracht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die
Glühfadenhalterung 50 eine Gesamtlänge von 1,27 cm (0,5 Zoll)
auf, und der Zentrierabschnitt 56 ist so bemessen, daß er mit
einem minimalen Abstand in eine Lampenhülle mit einem
Innendurchmesser von 0,116 Zoll paßt.
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Eine Glühfadenhalterungen 50 enthaltende, doppelendige,
röhrenförmige Glühlampenkapsel ist in FIG. 3 dargestellt. Eine
schraubenformige Glühwendel 80 ist mittels Glühfadenhalterungen
50 innerhalb einer doppelendigen, röhrenförmigen Lampenhülle
82, die typischerweise aus Quarz besteht, abgestützt. Die
Glühfadenbefestigungsabschnitte 54 sind mit dem Glühfaden 80
durch eine von verschiedenen auf dem Fachgebiet bekannten
Methoden, wie beispielsweise Crimpen oder Schweißen, verbunden.
Bei der erhaltenen Montagegruppe teilen sich die zwei
Glühfadenhalterungen und der Glühfaden alle eine gemeinsame
Achse. Die Zuleitungsabschnitte 52 sind über
Molybdänfolienleiter 88 bzw. 90, welche durch Abdichtungen an
einander gegenüberliegenden Enden der Lampenhülle 82 verlaufen,
mit äußeren Zuleitungen 84 und 86 verbunden. Die
Zentrierabschnitte 56 der Glühfadenhalterungen 50 berühren die
zylindrischen Innenwände der Lampenhülle 82, um den Glühfaden
80 auf einer Mittelachse 94 der Lampenhülle 82 exakt zu
zentrieren. Die Lampenhülle 82 weist auf ihrer äußeren
Oberfläche eine infrarotreflektierende Beschichtung 96 auf.
Technologien zur Herstellung und zum Abdichten von Lampenhüllen
und zum Auftragen der infrarotreflektierenden Beschichtung 96
sind auf dem Fachgebiet bekannt.
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Wie vorstehend angegeben, ist es für einen zweckmäßigen Betrieb
von röhrenförmigen Glühlampenkapseln wichtig, daß der Glühfaden
innerhalb der Lampenhülle exakt zentriert ist und zwischen den
Windungen der Glühwendeln jeweils gewünschte Abstände aufweist.
Diese Parameter sind besonders wichtig bei der
Infrarotschutzlampe, die auf ihrer äußeren Oberfläche eine
infrarotreflektierende Beschichtung aufweist. Die vorstehend
gezeigten und beschriebenen Glühfadenhalterungen sind so
bemessen, daß sie relativ genau an den Innendurchmesser der
Lampenhülle angepaßt sind. Aufgrund der großen Schwankungen des
Innendurchmessers der Lampenhülle von Lampe zu Lampe muß die
Glühfadenhalterung jedoch einige Tausendstel Zoll kleiner sein
als der nominelle Innendurchmesser der Lampenhülle. Man wird
erkennen, daß das Fehlen einer innigen Paßform zwischen den
Glühfadenhalterungen und der Lampenhülle zu Abweichungen der
Position des Glühfadens bezüglich der Lampenhülle führen kann.
Das Fehlen einer innigen Paßform zwischen den
Glühfadenhalterungen und der Lampenhülle wird vorzugsweise
durch ein Verfahren, das als "Heften" bekannt ist, überwunden.
Das Heftverfahren läßt die Lampenhülle rund um die
Glühfadenhalterungen schrumpfen, dadurch wird eine innige
Arretierpassung erzeugt und der Glühfaden wird gegenüber der
Lampenhülle in einer stationären Position festgehalten.
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Das Heftverfahren wird während des Lampenherstellungsverfahrens
durchgeführt. Zunächst wird die Lampenhülle in einer
Haltevorrichtung angebracht. Dann wird eine Glühf adenanordnung,
einschließlich eines schraubenförmigen Glühfadens mit einer an
jedem Ende befestigten Glühfadenhalterung, innerhalb der
Lampenhülle angeordnet. Die Enden der Glühf adenanordnung werden
in separat beweglichen Haltevorrichtungen befestigt, die sowohl
radial als auch axial bewegt werden können. Anschließend werden
die axialen und radialen Positionen des Glühfadens unter
Verwendung eines kalibrierten Meßsystems, wie beispielsweise
eines Sichtsystems, bestimmt. Wenn die tatsächliche
Glühfadenposition von der gewünschten Glühfadenposition
abweicht, wird die Glühfadenposition durch Bewegen der
Haltevorrichtungen korrigiert. Wenn die korrekte
Glühfadenposition und -streckung eingerichtet sind, wird das
Äußere der Lampenhülle mit einem Schweißbrenner in einem an die
Glühfadenhalterung angrenzenden Bereich örtlich erhitzt. Das
Erhitzen bewirkt, daß die Lampenhülle erweicht und rund um die
Glühfadenhalterung einsinkt. Während des Heizvorgangs und für
einen kurzen Abkühlzeitraum danach wird das Innere der
Lampenhülle mit einem Inertgas oder einem reduzierenden Gas
gespült, um Oxidation auf den inneren Metallteilen zu
verhindern. Das Innere der Lampenhülle wird vorzugsweise mit
Argon oder Stickstoff, manchmal mit geringen Mengen Wasserstoff
vermischt, gespült. Falls erforderlich, kann der Innendruck der
Lampenhülle reduziert werden, um das Einsinken der Lampenhülle
rund um die Glühfadenhalterung zu erleichtern. Alternativ kann
auf die erhitzte Fläche der Lampenhülle ein mechanischer Druck
ausgeübt werden, um das Einsinken der Lampenhülle rund um die
Glühfadenhalterung zu erleichtern. Der mechanische Druck wird
vorzugsweise mittels entgegengesetzt gerichteter Metallbacken
ausgeübt. Auf jeden Fall sinkt die Lampenhülle in dem erhitzen
Bereich rund um die Glühfadenhalterung ein und hält sie nach
dem Abkühlen in ihrer Position fest. Die relativen Positionen
des Glühfadens und der Lampenhülle werden durch die
Haltevorrichtungen beibehalten, bis die Lampenhülle abgekühlt
ist.
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Das Heftverfahren kann nacheinander an jedem Ende der
Lampenhülle durchgeführt werden oder beide Enden können
gleichzeitig geheftet werden. Bei noch einer weiteren Variante
wird nur ein Ende der Lampenhülle geheftet. Bei dieser Version
wird ein Ende der Lampe abgedichtet, beispielsweise durch
Quetschdichten oder Vakuumabdichten. Dann wird das
gegenüberliegende Ende der Lampe justiert und wie vorstehend
beschrieben geheftet. Bei dieser Variante sorgt der
Abdichtungsvorgang für eine ausreichende Verankerung der
Glühfadenhalterung, so daß die Notwendigkeit des Heftens an
diesem Ende beseitigt ist.
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Wenn die Glas- oder Quarzlampenhülle rund um die
Glühfadenhalterung eingesunken ist, ist es nicht notwendig, daß
das Glas oder der Quarz an die Glühfadenhalterung angeklebt
wird. Ein mechanischer Einschluß reicht im allgemeinen aus, um
die Glühfadenposition beizubehalten. Die vorstehend
beschriebenen Glühfadenhalterungen 50 sind ausgelegt, um die
innere Oberfläche der Lampenhülle an zwei bogenf örmigen, axial
in Abstand voneinander angeordneten Kontaktbereichen zu
berühren. Diese Gestalt der Glühfadenhalterungen erleichtert
das Anordnen des Glühfadens durch Heften. Wenn die Lampenhülle
erhitzt ist und rund um die Glühfadenhalterung einsinkt,
berührt die Lampenhülle die Glühfadenhalterung an den durch die
bogenförmigen Segmente 60 und 62 definierten bogenförmigen
Kontaktbereichen. Außerdem kann das Material der Lampenhülle in
die Zwischenräume zwischen den bogenförmigen Segmenten 60 und
62 fließen und dadurch die Glühfadenhalterungen nach dem
Abkühlen zuverlässig festhalten. Im Gegensatz dazu besitzen
schraubenförmige Glühfadenhalterungen des Standes der Technik
keine ausreichenden Zwischenräume zwischen den Kontaktstellen,
um eine Verformung der Lampenhülle zu ermöglichen. Folglich
werden schraubenförmige Glühfadenhalterungen des Standes der
Technik nach dem Hef tverfahren weniger zuverlässig
festgehalten. Weitere Einzelheiten hinsichtlich des
Heftverfahrens sind in der EP-A-0 573 632 bereitgestellt.
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Infolgedessen wird zumindest mit der erläuterten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine verbesserte
röhrenförmige Glühlampenkapsel bereitgestellt, bei der eine
verbesserte Glühfadenhalterung für eine röhrenförmige
Glühlampenkapsel vorgesehen ist, wobei die Glühfadenhalterungen
für eine exakte und stabile Zentrierung des Glühfadens sorgen,
leicht herzustellen und kostengunstig sind.