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Die Erfindung betrifft einen Glühfaden gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine elektrische Lampe mit mindestens einem Glühfaden sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Glühfadens.
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I. Stand der Technik
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Ein derartiger Glühfaden und eine elektrische Lampe mit einem derartigen Glühfaden sind beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 100 35 401 A1 offenbart.
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II. Darstellung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Glühfaden für elektrische Lampen bereitzustellen, der mit verbesserter Reproduzierbarkeit und mechanisch stabiler Form auf Wendelwickelvorrichtungen hergestellt werden kann. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Glühfadens bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 6 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Glühfaden ist als Wendel ausgebildet und zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Wendel Windungen besitzt, welche die Form eines Polygonzugs aufweisen. Es hat sich gezeigt, das dadurch die Wendel mechanisch stabiler und die Wendel besser reproduzierbar ist. Die höhere mechanische Verformarbeit in den Knickstellen des Wolframdrahtes bewirkt die höhere Reproduzierbarkeit der Wendel bezogen auf die Stellung der Wendelabgänge zueinander.
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Vorzugsweise besitzen für den vorgenannten Zweck alle Windungen der Wendel die Form eines Polygonzugs. Das heißt, die gesamte Wendel ist vorzugsweise nach Art eines Polygonzugs geformt, der um eine Wickelachse, nämlich um die Wendelwickelachse, gewunden ist. Vorteilhafterweise wird jede Windung der Wendel von mehreren Strecken, das heißt geradlinig verlaufenden Abschnitten, des Polygonzugs gebildet. Die Knickstellen des Polygonzugs, die jeweils zwischen zwei benachbarten Strecken des Polygonzugs angeordnet sind, können abgerundet ausgebildet sein, um die Gefahr eines Wendelbruchs an den Knickstellen zu reduzieren. Das heißt, die Knickstellen des Polygonzugs können als Biegestellen ausgebildet sein. Vorzugsweise wird jede Windung der Wendel von sechs oder acht Strecken des Polygonzugs gebildet. Dadurch ist die Richtungsänderung des Polygonzugs in den Knickstellen bzw. Biegestellen vergleichsweise gering und es wird eine hohe mechanische Stabilität der Wendel erreicht und die Gefahr eines Wendelbruchs an den Knickstellen wird weitgehend vermieden.
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Der erfindungsgemäße Glühfaden wird vorzugsweise von einem Draht gebildet, der als Wendel geformt ist, wobei die Wendel Windungen besitzt, welche die Form eines Polygonzugs aufweisen oder präziser formuliert, welche nach Art eines Polygonzugs geformt sind. Dadurch kann der Glühfaden auf einfache Weise mittels bekannter Drahtziehprozessen auf entsprechenden Vorrichtungen mit den gewünschten Abmessungen gefertigt werden. Vorzugsweise ist der Draht als Wolframdraht ausgebildet, da Wolfram einen sehr hohen Schmelzpunkt besitzt und der Glühfaden dadurch auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt werden kann. Außerdem kann Wolfram in bekannter Weise, gegebenenfalls unter Zusatz von Dotierstoffen, problemlos zu Draht verarbeitet und anschließend zur Wendel weiterverarbeitet werden.
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Der Glühfaden bzw. die erfindungsgemäße Wendel ist gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen als Einfachwendel (wird auch als Single-Coil bezeichnet) ausgebildet. Das heißt der Glühfaden bzw. der Glühfadendraht ist nur um eine einzige Wickelachse gewickelt.
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Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei Glühfäden bzw. Glühwendeln anwendbar, die als Einfachwendeln mit vergleichsweise kleinem Glühfadendrahtdurchmesser und einem Kernfaktor größer als 8 ausgebildet sind. Solche Glühfäden werden vorzugsweise in elektrischen Lampen von Kraftfahrzeugen und insbesondere in Halogenglühlampen für Kfz-Scheinwerfer verwendet. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung auf als Einfachwendeln ausgebildete Glühfäden von Halogenglühlampen anwendbar, die in Kraftfahrzeugen mit einer Bordnetzspannung von nominal 24 V betrieben werden. Insbesondere kann die Erfindung vorteilhaft auf Halogenglühlampen gemäß den Offenlegungsschriften
DE 100 35 401 A1 und
DE 10 2007 008 147 A1 angewandt werden. Beispielsweise kann die Erfindung bei der Halogenglühlampe gemäß der
DE 10 2007 008 147 A1 auf die als Tagfahrlichtquelle dienende einfach gewickelte Glühwendel niedriger Leistung oder auf beide Glühwendeln angewandt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines als Wendel ausgebildeten Glühfadens zeichnet sich dadurch aus, dass das Verfahren zur Herstellung der Wendel die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- – Bereitstellen eines stabartigen Wickelkerns, der zumindest abschnittweise einen vieleckigen Querschnitt aufweist, und
- – Aufwickeln eines Glühfadendrahtes auf den Wickelkern, so dass eine Wendel geformt wird, die Windungen besitzt, welche die Form eines Polygonzugs aufweisen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine mechanisch stabile Glühwendel mit sehr guter Reproduzierbarkeit hergestellt. Insbesondere kann daher mittels des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens der Ausschuss bei der Wendelfertigung reduziert werden. Durch das Aufwickeln des Glühfadens bzw. des Glühfadendrahtes auf einen stabartigen Wickelkern, der zumindest abschnittweise einen vieleckigen Querschnitt aufweist, entsteht eine Wendel mit Windungen, deren Form einem Polygonzug entspricht.
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Vorzugsweise wird zur Herstellung der Wendel ein Wickelkern mit sechseckigem oder achteckigem Querschnitt verwendet. Dadurch weisen die einzelnen Windungen der Wendel jeweils die Form eines aus sechs oder acht Strecken bestehenden Polygonzugs mit den bereits oben erläuterten Vorteilen auf.
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Nach Herstellung der Wendel wird der Wickelkern vorteilhafterweise aus der Wendel entfernt, um einen elektrischen Kurzschluss zwischen den einzelnen Windungen der Wendel zu vermeiden.
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III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine Seitenansicht einer elektrischen Lampe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
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2 Eine Draufsicht auf ein Ende des Glühfadens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung
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3 Eine schematische Seitenansicht des in 2 abgebildeten Glühfadens
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4 Eine Draufsicht auf einen Wickelkern zur Herstellung des in den 2 und 3 dargestellten, wendelförmigen Glühfadens
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In 1 ist eine Halogenglühlampe für einen Fahrzeugscheinwerfer gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese Halogenglühlampe besitzt ein gläsernes, im wesentlichen zylindrisches Lampengefäß 10, in dessen Innenraum zwei parallel zur Lampengefäßachse ausgerichtete Glühfäden 21, 22 angeordnet sind, die zur Erzeugung eines Fernlichts und eines Tagfahrlichts dienen. Die Glühfäden 21, 22 sind als einfach gewendelte Wolframdrähte ausgebildet. Die Wendelabgänge 211, 212 bzw. 221, 222 der Glühfäden 21 bzw. 22 sind jeweils mit einer Molybdänfolie 223 umwickelt, die als Schweißhilfe beim Verschweißen der Wendelabgänge 211, 212 bzw. 221, 222 mit Stromzuführungen für die Glühfäden 21, 22 dient. Ein abgedichtetes Ende 11 des Lampengefäßes 10 ist in einem Lampensockel 30 verankert. Der erste Glühfaden 21 ist teilweise von einer aus Molybdänblech geformten Abblendkappe 4 umgeben. Die Abblendkappe 4 wird von einem ersten Stromzuführungsdraht 51 getragen, der zusammen mit einem zweiten 52 und dritten Stromzuführungsdraht 53 zur Energieversorgung der beiden Glühfäden 21, 22 dient. Zu diesem Zweck ist ein erster Wendelabgang 211 des ersten Glühfadens 21 durch eine Buckelschweißung mit einer Schweißfahne 41 der Abblendkappe 4 verschweißt und dadurch über die Abblendkappe 4 elektrisch leitend mit dem ersten Stromzuführungsdraht 51 verbunden. Der zweite Wendelabgang 212 des ersten Glühfadens 21 ist mit dem dritten Stromzuführungsdraht 53 verschweißt. Der erste Wendelabgang 221 des zweiten Glühfadens 22 ist ebenfalls mit dem dritten Stromzuführungsdraht 53 verschweißt. Der zweite Wendelabgang 222 des zweiten Glühfadens 22 ist mit dem zweiten Stromzuführungsdraht 52 verschweißt. Die drei Stromzuführungsdrähte 51, 52, 53 bestehen jeweils aus Molybdän und sind zwischen zwei miteinander verschmolzenen Quarzglasstegen 13 fixiert, so dass sie in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Die drei Stromzuführungsdrähte 51, 52, 53 sind durch das abgedichtete Ende 11 des Lampengefäßes 10 hindurchgeführt und jeweils mit einer der drei Kontaktfahnen 61, 62 oder 62 elektrisch leitend verbunden. Die drei Kontaktfahnen 61, 62, 63 ragen seitlich aus dem Lampensockel 30 heraus und bilden die elektrischen Anschlüsse der Halogenglühlampe. Der Lampensockel 30 ist als Metall-Kunststoff-Sockel ausgebildet, der sowohl einen metallischen Sockelabschnitt 31 als auch einen aus Kunststoff bestehenden Sockelabschnitt 32 aufweist. In dem metallischen Sockelabschnitt 31 ist das Lampengefäß 10 verankert und der aus Kunststoff bestehende Sockelabschnitt 32 ist mit den elektrischen Kontakten 61, 62, 63 der Lampe versehen.
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Der erste Glühfaden 21 ist als einfach gewendelter Wolframdraht (Single Coil) mit einer nominalen Betriebsspannung von 24 V und einer elektrischen Leistung im Bereich von ca. 55 W bis 80 W (gemessen an einer Testspannung von 28 V) ausgebildet. Er dient vorzugsweise zur Erzeugung des Fernlichts.
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Der zweite Glühfaden 22 ist als einfach gewendelter Wolframdraht 220 mit einer nominalen Betriebsspannung von 24 V und einer elektrischen Leistung im Bereich von ca. 17 W bis 22 W (gemessen an einer Testspannung von 28 V) ausgebildet, der nach Art eines Polygonzugs um die Wickelachse 200 der Wendel gewickelt ist. Er dient vorzugsweise zur Erzeugung des Tagfahrlichts. In den 2 und 3 ist der zweite Glühfaden 22 schematisch dargestellt. 2 zeigt eine Draufsicht auf das erste Ende 221 und die erste Windung 241 des zweiten Glühfadens 22. Jede Windung 241 des gewendelten Wolframdrahts 220 oder Glühfadens 22 ist nach Art eines Polygonzugs geformt, der aus sechs Strecken 230, 232, 234, 236, 238, 240, das heißt aus sechs im wesentlichen geradlinigen Abschnitten 230, 232, 234, 236, 238, 240 des Wolframdrahts 220, mit dazwischen angeordneten Knick- oder Biegestellen 231, 233, 235, 237, 239 besteht. Das heißt, zwischen zwei benachbarten Strecken ist jeweils eine Knick- bzw. Biegestelle angeordnet. Gemäß der schematischen Darstellung der 2 scheinen die sechs Strecken 230, 232, 234, 236, 238, 240 und die Knick- oder Biegestellen 231, 233, 235, 237, 239 in derselben Ebene zu liegen. Das ist aber nicht der Fall. Beispielsweise liegt der mit dem Wendelende 221 verbundene geradlinige Abschnitt 230 der ersten Windung 241 oberhalb der Blattebene der 2 und der der geradlinige Abschnitt 240 der ersten Windung 241 liegt unterhalb der Blattebene der 2 und bildet den Übergang zur zweiten Windung 241' des Glühfadens 22. Die einzelnen Windungen der polygonzugartig geformten Wendel können gegeneinander verdreht sein, wie in 3 schematisch dargestellt ist. Das bedeutet, die Knick- oder Biegestellen 233, 233' der Windungen 241, 241' müssen nicht fluchtend entlang einer parallel zur Wendelwickelachse 200 verlaufenden Geraden angeordnet sein. Der zweite als Einfachwendel (Single Coil) ausgebildete Glühfaden 22 besitzt 47 Windungen. Der Innendurchmesser der Wendel beträgt 0,73 mm, wobei hierbei als Innendurchmesser der Wendel der Durchmesser eines fiktiven Kreiszylinders genommen wird, der in der Wendel platziert werden könnte, so dass die Strecken des Polygonzugs nach Art einer Tangente die Mantelfläche des fiktiven Kreiszylinders berühren. Der Wolframdraht 220 des Glühfadens 22 besitzt einen Durchmesser von 60 µm. Die Länge der Wendel bzw. des wendelförmigen Teils des Glühfadens 22 beträgt 4,8 mm. Der Kernfaktor der Wendel ist 12,17 und ihr Steigungsfaktor ist 1,72. Als Kernfaktor wird der Quotient aus dem Innendurchmesser der Wendel und dem Durchmesser des Wendeldrahts 220 bezeichnet. Der Steigungsfaktor S der Wendel berechnet sich aus dem Abstand H zwischen zwei benachbarten Windungen der Wendel und dem Durchmesser D des Wendeldrahts zu: S = H + D / D
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Zur Herstellung der Wendelform des einfach gewendelten zweiten Glühfadens 22 wird der Wolframdraht 220 auf einen stabförmigen Wickelkern 500 aus Hartmetall mit sechseckigem Querschnitt gewickelt. In 4 ist der Wickelkern 500 abgebildet. Nach Herstellung der Wendelform des Glühfadens 22 bzw. Wolframdrahts 220 wird der Wickelkern 500 aus der Wendel herausgezogen.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel der Erfindung. Beispielsweise kann auch der erste Glühfaden
21 der oben beschriebenen Halogenglühlampe nach Art eines Polygonzugs, ähnlich wie der zweite Glühfaden
22, um eine Wendelwickelachse gewunden sein. Außerdem ist die Erfindung auch anwendbar auf Halogenglühlampe der ECE-Kategorien H1, H3, H4, H7, H8, H9, H11 und H15. Insbesondere kann die Erfindung auf Halogenglühlampen gemäß der Offenlegungsschrift
DE 100 35 401 A1 angewandt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10035401 A1 [0002, 0009, 0023]
- DE 102007008147 A1 [0009, 0009]
