EP0491230B1

EP0491230B1 - Leuchte

Info

Publication number: EP0491230B1
Application number: EP91120794A
Authority: EP
Inventors: Friedhelm Harnischmacher; Friedhelm Hennes
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: Cooper Crouse Hinds GmbH
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1995-02-22
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: EP0491230A3; ATE118926T1; DE4138942B8; DE59104697D1; DE4138942B4; EP0491230A2; DE4138942A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Leuchte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine Leuchte der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 242 385 bekannt geworden. Diese Leuchte ist offensichtlich eine zum Schmuck dienende Leuchte, da besondere Maßnahmen, die die Leuchte zu einer im explosions- oder schlagwettergefährdeten Bereich zuzulassenden Leuchte machen, nicht getroffen sind.
Druckfest gekapselte Leuchten besitzen einen Hüllkolben, der insbesondere eine Halogenglühlampe vollständig einschließt. Aus dem Hüllkolben ragen die Anschlußdrähte zum Glühfaden der Glühlampe heraus und dieses anschlußseitige Ende des Hüllkolbens ist von einem Sockel umgeben, auf dessen äußere Bodenfläche warzenartige Anschlußkontaktstücke isoliert befestigt sind. Es besteht auch die Möglichkeit, daß der Hüllkolben im Bereich der Anschlußdrähte offen ist; dann ist er von dem Sockel unter Zwischenfügung einer Isolierung und Abdichtung umgeben. Die Hüllkolbenform ist im wesentlichen kugelförmig mit einer sich daran anschließenden kegelstumpfförmigen Verjüngung und der Bereich mit kleinstem Durchmesser, der einen zylindrischen Kragen aufweist, wird vom Sockel umfaßt. Der Hüllkolben ist mit Luft oder Stickstoff befüllt. Eine derartige Leuchte ist beispielsweise aus der DE-OS 32 36 529 bekannt geworden.
Eine Leuchte, die im schlagwettergefährdeten Bereich eingesetzt werden kann, ist beispielsweise aus der DE-PS 514 872 bekannt geworden. Diese besitzt eine Glühlampe, die von einem äußeren Hüllkolben umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen beiden mit einem Gas gefüllt ist, welches im Falle einer Beschädigung die Wendel der Glühlampe zerstören soll. Als solches Gas kann beispielsweise Sauerstoff verwendet werden; auch Luft ist hierfür geeignet, sofern die äußere Glocke unter Überdruck steht.
Ein Problem, mit dem sich die genannten Druckschriften nicht oder nur beschränktem Maße befassen, ist das Problem der Temperatur der Außenfläche des Hüllkolbens. Bei der Ausgestaltung nach der DE-PS 242 385 braucht auf die Außentemperatur des Hüllkolbens kein besonders Augenmerk gerichtet werden; das gleiche gilt im Prinzip auch für die Leuchte nach der DE-PS 514 872. Daß natürlich die Außenfläche der genannten Leuchte nach der DE-PS 514 872 aufgrund allgemeiner Vorschriften eine bestimmte maximale Temperatur nicht überschreiten darf, ist selbstverständlich. Wie dies erreicht wird, ist nicht näher erläutert.
Um die Temperatur in Grenzen zu halten, wird in der DE-OS 32 36 529 vorgeschlagen, den Hüllglaskolben mit einem Gas zu befüllen; es besteht auch die Möglichkeit, dem Zwischenraum zwischen dem Hüllkolben und der Glühlampe unter Vakuum zu setzen, damit eine ausreichende thermische Isolierung des Hüllkolbens von der Lampe erzielt werden kann, wobei insbesondere darauf zu achten ist, daß die Temperatur und der Druck des Gases innerhalb der Halogenlampe ausreichend hoch bleiben, damit der Halogenprozeß auch bei geringerer Spannung aufrechterhalten bleibt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leuchte der eingangs genannten Art zu schaffen, welche gegenüber bekannten druckfesten Leuchten verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Zunächst ist festzuhalten, daß der Hüllkolben so bemessen sein muß, daß er die Lampe druckfest einkapselt. Der Überdruck im Inneren des Hüllkolbens bewirkt gleichsam eine sog. zweite, über die druckfeste Kapselung gestülpte Sicherheit, wodurch die Sicherheit bei der Verwendung im explosionsgefährdeten Bereich erhöht wird.
In besonderer Weise wird durch die Formgebung des Hüllkolbens dafür gesorgt, daß die Temperatur auf der gesamten Außenfläche des Hüllkolbens auch bei horizontalem Einbau der Leuchte, d. h. bei horizontalem Verlauf der Leuchtmittelachse, vergleichmäßigt ist, wobei die Innenfläche im Bereich und quer ab der Lampe, also zwischen den Ebenen, die senkrecht zur Längsrichtung die Lampe an ihren Enden tangieren, eine konkave Paraboloidform ist, in deren Brennpunkt der lichtemittierende Glühfaden der Lampe angeordnet ist.
Durch diese Maßnahmen, insbesondere durch den erhöhten Druck des Gases innerhalb des Hüllkolbens sowie der entsprechend erreichten Temperaturverteilung auf der Außenfläche des Hüllkolbens als auch der Paraboloidform im Bereich der Lampe wird eine druckfest gekapselte Leuchte erzeugt, mit der eine ausreichende Sicherheit bei der Verwendung im explosionsgefährdeten Bereich erzielt wird.
In zweckmäßiger Weise wird der Überdruck dadurch erzeugt, daß der zum freien Rand hin offene Hüllkolben in die in dem Lampensockel befindliche Vergußmasse so weit eingedrückt ist, daß sich der gewünschte erhöhte Druck innerhalb des Hüllkolbens ergibt. Man erkennt dies daran, daß eine solche Leuchte unterschiedliche Vergußmassenspiegel aufweist: die im Inneren des freien Randes des Hüllkolbens befindliche Vergußmasse hat einen vom Sockelboden deutlich geringeren Abstand als die außerhalb des Hüllkolbens befindliche Menge der Vergußmasse; der Abstand der beiden Spiegel voneinander ist praktisch ein Maß für den inneren Überdruck im Inneren des Hüllkolbens.
Der Raum innerhalb des Hüllkolbens ist in erfindungsgemäßer Weise mit Luft oder Gas, vorzugsweise mit Stickstoff mit einem gegenüber der Außenatmosphäre erhöhtem Druck eingefüllt. In bevorzugter Weise liegt der Druck wenigstens 1 mbar oberhalb des Druckes der Außenatmosphäre.
Zwar ist - wie oben erwähnt - bei der Leuchte nach der DE-PS 514 827 innerhalb des Hüllkolbens Luft mit Überdruck vorgesehen. Diese Luft soll aber im Falle einer Beschädigung der Leuchte die Wendel der Glühlampe zerstören, wogegen erfindungsgemäß das Gas innerhalb des Hüllkolbens verhindern soll, daß explosible Gemische an die heiße Oberfläche der Glühlampe gelangen können, bevor also die Glühlampe sich ausreichend hat abkühlen können.
Wie eingangs erwähnt, ist der Hüllkolben einer bekannten normalen, druckfest gekapselten Leuchte halbkugelförmig ausgebildet, wobei sich an die Halbkugelform ein kegelstumpfförmiger, sich verjüngender Bereich anschließt, so daß der freie Rand einen geringeren Durchmesser aufweist als der maximale Durchmesser des Hüllkolbens, bezogen auf die durch die Glühlampe verlaufende Mittelachse. Insbesondere dann, wenn eine derartige Leuchte in horizontaler Richtung eingebaut ist, erhält man im Bereich des größten Durchmessers des Hüllkolbens eine erhöhte Temperatur, so daß die Temperatur entlang einer Mantellinie, die in einer Ebene mit der Mittelachse verläuft, in dem Bereich, in dem die Mittelachse den Hüllkolben durchdringt, am niedrigsten, in dem Bereich, in dem der Hüllkolbendurchmesser maximal ist, am größten und zum freien Rand hin also zum Sockel hin wieder abfällt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 5 zu entnehmen.
Dabei wird die Innenfläche der Paraboloidform in besonderer Weise definiert, wobei die Paraboloidform in bevorzugter Weise sich von der Ebene, die senkrecht zu der Längsachse der Paraboloidform durch den Brennpunkt der Paraboloidform bzw. durch den Glühfaden der Lampe hindurchverläuft, sich in Richtung zum Sockel verjüngt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann darin bestehen, die Innenfläche der Paraboloidform zumindest teilweise mit reflektierendem Material zu beschichten. Mit dieser Beschichtung kann die Abstrahlcharakteristik wie gewünscht geändert werden.
Oben ist ausgeführt, daß ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung darin besteht, daß die Temperatur auf der Außenfläche des Hüllkolbens vergleichmäßigt ist.
Bei einer praktischen Ausführung einer solchen Leuchte besitzt der Hüllkolben in dem Bereich, in dem die Mittelachse den Hüllkolben durchdringt, den geringsten Abstand von der in dem Hüllkolben befindliche Lampe, wogegen die Außenkontur des Hüllkolbens querab zur Lampe einen deutlich vergrößerten Abstand von der Lampe aufweist; dadurch wird der in Abstrahlrichtung vorne liegende Bereich des Hüllkolbens, durch den die Mittelachse der Lampe hindurch verläuft, deutlich abgeflacht, siehe Anspruch 7. Durch diese Kurvenform des Hüllkolbens, welche der Kurvenform des Temperaturverlaufes der normal ausgebildeten, halbkugelartigen Hüllkolbenkontur bzw. Hüllkolbenform entspricht, wird eine deutliche Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung erreicht.
Bei Einbau einer Glühlampe wird das Verhältnis vorzugsweise 1:2 und beim Einbau einer eine hohe Temperatur entwickelnden Halogenglühlampe bis etwa 1:6 bis 1:7.
Die unterschiedlichen Verhältnisse sind darauf zurückzuführen, daß der Temperaturverlauf auf der Außenfläche des Hüllkolbens in Richtung einer Mantellinie stark abhängig ist von der äußeren Form der Glühlampe. Wenn eine normale Glühfadenglühlampe verwendet wird, die selbst einen im wesentlichen kugelförmigen Lampenkolben aufweist, dann wird das Verhältnis D/R₁ ca. 1:2 sein; bei Halogenglühlampen, die eine eher langgestreckte Form aufweisen, beträgt das Verhältnis bis ca. 1:6 bis 1:7.
Anhand der Zeichnung sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:

Figur 1: eine Schnittansicht einer handelsüblichen, druckfest gekapselten Leuchte und
Figur 2: eine Schnittansicht einer erfindungsgemäß ausgebildten Leuchte.

Die Figur 1 zeigt eine druckfest gekapselte Leuchte 10 nach dem Stand der Technik (siehe DE-A-3 236 529). Diese druckfest gekapselte Leuchte 10 besitzt eine Glühlampe 11, in der ein Glühfaden 12 eingesetzt ist, zu dem Anschlußdrähte 13 und 14 führen. Die Glühlampe 11 ist eine handelsübliche Halogenglühlampe.
Die Glühlampe 11 ist von einem druckfest ausgebildeten Hüllkolben 15 hermetisch abgeschlossen, wobei der Innenraum 16 mit Luft oder mit Gas, vorzugsweise mit Stickstoff befüllt ist. Der Hüllkolben 15 besitzt einen vorderen Bereich 17, der eine Kugelform aufweist. An diesen vorderen Bereich 17 schließt sich eine etwa kegelstumpfartige Verjüngung 18 an, die in einen zylindrischen Bereich 19 übergeht, der zu seinem freien Rand von einem ebenfalls kegelstumpfartigen Hüllkolbenboden 20 abgeschlossen ist. Durch diesen Hüllkolbenboden greifen die Anschlußdrähte 13 und 14 hindurch.
Der zylinderartige Bereich ist von der Seitenwandung 22 eines napfartigen Sockels umgeben und die freien Enden der Anschlußdrähte werden durch den Napfboden 23 isoliert hindurchgeführt und mit an der Außenfläche des Napfbodens 23 isoliert befestigten Kontaktwarzen 24 und 25 elektrisch leitend verbunden.
Insbesondere dann, wenn die Lampe horizontal eingebaut ist, wenn also die Mittellinie M horizontal verläuft, erhält man eine in Figur 1 dargestellte Temperaturverteilung auf der Außenkontur des Hüllkolbens, die durch den Schnitt einer durch die Mittellinie M hindurchlaufenden, in der Zeichenebene liegenden Ebene gebildet ist. Die Temperaturkurve besitzt die Bezugsziffer 26. Man erkennt, daß die Temperatur T_M dort, wo die Mittellinie M den Hüllkolben 15 durchschneidet, relativ klein ist und querab von der Lampe, also beim größten Durchmesser des Hüllkolbens 15, einen Temperaturwert T_q einnimmt, der gegenüber dem Temperaturwert T_M deutlich erhöht ist, insbesondere durchaus auch ein mehrfaches des Temperaturwertes T_M erreichen kann. Die Außentemperatur des Hüllkolbens 15 im Bereich des freien Randes des Sockels beträgt T_S; dieser Temperaturwert entspricht etwa der Temperatur T_M.
Um die Außentemperatur T zu vergleichmäßigen, insbesondere um die Temperatur bzw. den Temperaturwert T_q zu verringern, wird die Außenkontur des Hüllkolbens etwa der Temperaturkurve 26, T_M-T_q-T_S angepaßt. eine derartige Hüllkolbenform ist der Figur 2 zu entnehmen. Diese erfindungsgemäße Leuchte besitzt die Bezugsziffer 30. Die Leuchte 30 besitzt eine der Glühlampe entsprechende Glühlampe 31 mit einem Glühfaden 32, zu dem Anschlußdrähte 33 und 34 hindurchgeführt sind. Daß in der Figur 2 diese Anschlußdrähte 33 und 34 an Anschlußkontaktstiften 33a und 34a angeschlossen, beispielsweise angelötet sind, hat für die Erfindung selbst keine Bedeutung und daher wird davon ausgegangen, daß die Anschlußdrähte 33 und 34 auch die Anschlußkontaktelemente oder Kontaktstücke 33a und 34a umfassen, so daß 33/33a und 34/34a im folgenden kurz den Anschlußdrähten 33 und 34 zugeordnet sind. Die Glühlampe 31 ist von einem Hüllkolben 35 umgeben, wodurch ein Innenraum 36 zwischen der Glühlampe 31 und der Innenfläche des Hüllkolbens 35 gebildet ist.
Im Gegensatz zu der Ausführung nach Figur 1 besitzt der Hüllkolben einen vorderen abgeflachten Bereich 37, der in einem Abstand D von der vorderen Spitze der Glühlampe 31 verläuft.
An diesen vorderen Bereich 37 schließt sich ein mittlerer Bereich 38 an, der eine Paraboloidkontur aufweist, welche in einen zylindrischen Bereich 39 am freien Rand der Paraboloidkontur bzw. des mittleren Bereiches 38 anschließt. Der freie Rand des zylindrischen Bereiches 39 ist offen. Der Durchmesser, von der Mittellinie M aus gerechnet, des mittleren Bereiches ist gegenüber dem Bereich 17 deutlich vergrößert; der Radius ist mit R₁ bezeichnet.
Der zylindrische Bereich 39 ist von einem Sockel 41 umgeben, der mit Gießharz 42 ausgegossen ist, wobei der Oberflächenspiegel 43 des Gießharzes im Inneren des zylinderförmigen oder zylindrischen Bereiches 39 einen geringeren Abstand vom Napfboden 44 einnimmt als der Gießharzspiegel 45 des Gießharzes außerhalb des zylinderförmigen Bereiches 39. Dies ist darauf zurückzuführen, daß beim Einführen oder Einstellen des zylinderförmigen Bereiches 39 das im Innenraum 36 befindliche Gas komprimiert wird, so daß der Druck des darin befindlichen Gases das Gießharz aus dem zylindrischen Bereich herauszudrücken versucht. Der Abstand d ist ein Maß für die Differenz zwischen dem Innendruck des Innenraums und der Außenatmosphäre.
Die Innenfläche des Bereiches 38 ist mit einer Reflexionsfläche 46 belegt, so daß ein von dem Glühfaden 32 ausgesandter Lichtstrahl 47 exakt nach vorn, also parallel zur Mittellinie M umgelenkt wird. Dieser parallel verlaufende Lichtstrahl besitzt die Bezugsziffer 48.
Der Innendruck P_I ist größer als der Außendruck P_A, wobei die Beziehung wie folgt lautet: $P_{I} {≧ P}_{A} + 1mbar$

Die Paraboloidform rechnet sich nach der Formel: ${X = (2 x Y x 2 x R₁)}^{1/2},$

worin:

X =: Abstand aller Punkte einer Mantellinie der Paraboloidform von der Ebene, die senkrecht zur Längsachse durch den Glühfaden bzw. Brennpunkt der Paraboloidform verläuft, in Richtung zum freien Rand des Hüllkolbens, parallel zur Längsachse des Hüllkolbens aus gemessen,
Y =: Abstand aller Punkte einer Mantellinie, gemessen von dem Punkt der Mantellinie, die die oben genannte Ebene, die senkrecht zur Längsachse durch den Brennpunkt verläuft, durchstößt, in Richtung senkrecht zu der Längsachse des Hüllkolbens hin zu dieser,
R₁ =: Radius des Kreises, der senkrecht zur Längsachse durch den Brennpunkt bzw. die Glühwendel der Glühlampe 31 verläuft.

Das Verhältnis Abstand D zum Radius R₁ kann dabei zwischen 1:2 und ca. 1:7 liegen. Bei einer Halogenglühlampe, wie in der Figur 2 dargestellt, beträgt das Verhältnis D/R₁ etwa 1:6 bzw. 1:7, wogegen bei einer normalen Glühlampe mit einem kugelförmigen Kolben das Verhältnis D/R₁ etwa bei 1:2 liegt.

Claims

Leuchte mit einem napfförmigen Sockel, dessen Sockelboden eine Lampe trägt, deren Zuleitungen isoliert durch den Sockelboden mit auf der Außenfläche des Sockelbodens angeordneten, aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Kontaktwarzen verbunden sind, und mit einem die Lampe umgebenden Hüllkolben, dessen freier Rand in den Sockel teilweise ausfüllendes, aushärtbares Material eingetaucht ist, wobei die Sockelwand den freien Rand des Hüllkolbens umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (P_I) innerhalb des Hüllkolbens (35) größer ist als der Außendruck (P_A) des Hüllkolbens (35), daß die Außenkontur des Hüllkolbens (35) so gewählt ist, daß die Temperatur (T_M, T_q, T_S) auf der gesamten Außenfläche des Hüllkolbens (35) insbesondere auch bei horizontalem Einbau der Leuchte (30), d. h. bei horizontalem Verlauf der Leuchtenmittelachse (M), vergleichmäßigt ist, und daß die Innenfläche im Bereich und quer ab der Lampe (31) eine konkave Paraboloidform (38) ist, in deren Brennpunkt der lichtemittierende Glühfaden der Lampe (31) angeordnet ist.
Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck dadurch bewirkt ist, daß der zum freien Rand hin offene Hüllkolben (35) in in dem Lampensockel (41) befindliche Vergußmasse (42) so weit eingedrückt ist, daß sich der gewünschte erhöhte Druck innerhalb des Hüllkolbens (35) ergibt.
Leuchte nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (36) innerhalb des Hüllkolbens (35) mit Luft oder Gas, vorzugsweise mit Stickstoff, mit gegenüber der Außenatmosphäre erhöhtem Druck eingefüllt ist.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck (P_I) innerhalb des Hüllkolbens (35) wenigstens 1 mbar oberhalb des Druckes (P_A) außerhalb des Hüllkolbens (35) liegt.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Paraboloidform (38) eine Mantellinie in Richtung der Längsachse der Paraboloidform aufweist, die der Formel ${X = (4Y x R₁)}^{1/2}$
folgt, worin
X = Abstand aller Punkte der Mantellinie von der durch den Brennpunkt und senkrecht zur Längsachse der Paraboloidform verlaufenden Ebene in Richtung Kontaktwarzen,

Y = Abstand aller Punkte der Mantellinie von dem durch den Schnitt des Hüllkolbens mit der Ebene gebildeten Kreis in Richtung senkrecht zur Längsachse zu dieser hin gemessen und

R₁ = Radius des Kreises.
Leuchte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Paraboloidform zumindest teilweise mit reflektierendem Material (46) beschichtet ist.
Leuchte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstandes (D) der Innenfläche des Durchtrittpunktes der Längsachse der Paraboloidform durch die Innenfläche des Hüllkolbens (35) und dem benachbarten Ende der Glühlampe (31) zu dem halben Durchmesser des Kreises, der durch die Schnittlinie zwischen der durch Brennpunkt verlaufenden Ebene und dem Hüllkolben gebildet ist, zwischen 1:2 und ca. 1:7 liegt.
Leuchte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (D/R₁) bei Einbau einer Glühlampe 1:2 und bei Einbau einer eine hohe Brenntemperatur entwickelnden Halogenglühlampe bis etwa 1:6 bis 1:7 beträgt.