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Seit
ihrer Erfindung ist die elektrische Glühbirne oder elektrische
Lampe zu einem derart üblichen Gegenstand elektrischer
Haushaltseinrichtungen geworden, dass das Vorhandensein von Licht eine
allgemein anerkannte Normalität ist. Im Lauf der Jahre
hat die einfache elektrische Lampe viele verschiedene Formen angenommen
von einem Glühfaden, der sowohl Wärme als auch
Licht erzeugt, bis zu Leuchtröhren und Gasentladungslampen.
Von all diesen Lampen bleibt jedoch die einfache Glühfadenlampe
bzw. Glühlampe für den Hausgebrauch äußerst
populär. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen,
dass die Lampe sehr einfach herstellbar ist, sehr zuverlässig
ist und keinerlei externes elektrisches Steuerungsgerät
erfordert und infolgedessen universell billig und für jedermann
verfügbar ist.
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Es
gibt jedoch erhebliche Effizienzprobleme im Fall der elektrischen
Glühfadenlampe oder – Lampe. Insbesondere ist
die Verwendung eines extrem heißen Glühfadens
für die Erzeugung von Licht keine besonders effiziente
Nutzung von Energie. Ein großer Teil der durch den Glühfaden
gehenden Energie wird tatsächlich in Infrarotwärmeenergie
umgewandelt, die für das menschliche Auge unsichtbar ist. Dieser
geringe Wirkungsgrad des Lichts hat zu zahlreichen anderen Konstruktionen
für Lampen und Licht geführt, wie sie etwa oben
im Einzelnen aufgeführt sind. Es bleiben jedoch immer noch
erhebliche Probleme bei der Herstellung von effizienten Glühlampenkonstruktionen
mit geeigneten kleinen Dimensionen bestehen. Insbesondere haben
Leuchtstoffröhren die Tendenz zu großer Länge,
und sie erzeugen keine besonders warme "Farbe" des Lichts. Seit
einiger Zeit sind effizientere Lampen vom Plasmaentladungstyp auf
dem Markt, die ein kompakteres Design haben und hinsichtlich der
Größe der herkömmlichen Glühbirne
gleichen. Derzeit können diese Lampen jedoch nicht im Bereich
der sehr kleinen Lampenkolben bereitgestellt werden, wie sie durch die
Verwendung von Glühfäden erhalten werden können.
Zusätzlich sind sie komplexe Vorrichtungen auf der Basis
teurer Materialien, und alle erfordern sie irgendeine Art von externem
elektrischem Steuergerät.
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Zur
Verbesserung des Wirkungsgrads von Glühfadenlampen haben
mehrere Konstruktionen versucht, die von denn Glühfäden
abgegebene Infrarotstrahlung zu nutzen. Bei Nutzung der Infrarotstrahlung
in Verbindung mit einer Spezialbeschichtung an der Außenseite
der elektrischen Lampe kann die Infrarotstrahlung zu dem Glühfaden
zurückreflektiert werden. Offensichtlich ist es aber erforderlich,
die Lampe mit einer solchen Konstruktion auszubilden, dass die reflektierte
Infrarotstrahlung zu dem Glühfaden zurückkehrt
und an diesem fokussiert wird. Durch Refokussieren der Infrarotstrahlung
an dem Glühfaden erhöht sich die Temperatur des
Glühfadens, und somit muss weniger Strom durch die Lampe
fließen, um die gleiche Lichtmenge zu erzeugen. Es gibt
zwar bestimmte Beispiele dieser Lampen, aber leider bestehen erhebliche
technische Schwierigkeiten bei ihrer Bereitstellung im Spannungs-
und Wattbereich, wie er für Haushalte erforderlich ist.
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Normalerweise
werden Haushaltslampen mit Netzstrom betrieben, der im allgemeinen
mit 200 V oder höher verfügbar ist. Außerdem
liegt eine übliche Leistungsanforderung im unteren bis
mittleren Leistungsbereich, also bei Leistungen von weniger als ungefähr
200 W. Der Hauptgrund für einen Mangel an solchen Lampen
in diesen Spannungs- und Leistungsbereichen (größer
oder gleich 200 V, kleiner oder gleich 200 W) liegt in den Materialeigenschaften der
Glühfäden. Glühfäden, die bei
diesen Spannungs- und Leistungswerten verwendet werden, sind normalerweise
relativ lang und dünn und brauchen eine Abstützung
entlang ihrer Länge. In normalen Glühbirnen ist
die Glühwendel in zahlreichen Positionen entlang ihrer
Länge durch einfache mechanische Mittel abgestützt.
Das heißt, dass die elektrischen Verbindungen an jedem
Ende der Wendel hergestellt werden, wonach die Wendel entlang ihrer
Länge durch mehrere Stützarme abgestützt
wird. Diese Stützarme liefern keinerlei Licht und geben
der Glühwendel einfach mechanische Festigkeit.
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Leider
ist es sehr schwierig zu versuchen, einen Glühfaden zum
Gebrauch bei > 200
V, < 200 W in einer
Lampe mit einer Beschichtung zu kombinieren, so dass die Infrarotstrahlung
auf die Wendel zurückreflektiert wird, weil die erforderlichen
Stützkonstruktionen die Tendenz haben, einen Schatten zu verursachen
oder die zum Faden rückreflektierte Infrarotstrahlung zu
stören.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Konstruktion
für eine elektrische Lampe bereitzustellen, die mit einer
Infrarot-Reflexionsbeschichtung verwendet werden kann. Speziell soll
diese Lampe bei den im Haushalt üblichen Spannungswerten,
d. h. oberhalb 200 V, und bei niedrigen bis mittleren Leistungswerten,
d. h. kleiner oder gleich 200 W, verwendbar sein. Außerdem
sollte die Lampe ein solches Design haben, dass die Glühwendel
an einer Position innerhalb der Lampe so vorgesehen ist, dass die
von der Beschichtung reflektierte Infrarotstrahlung mit der Wendel
in effiziente Wechselwirkung gelangt, wodurch der Gesamtenergiewirkungsgrad
der Lampe oder Lampe verbessert wird. Insbesondere wird dabei der
Glühfaden am Brennpunkt der von der Beschichtung reflektierten
Infrarotstrahlung angeordnet.
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WO 2004/084258 versucht
das vorstehende Problem zulösen durch Bereitstellen einer
elektrischen Lampe, die an der Oberfläche mit einer Infrarot-reflektierenden
Schicht versehen ist. Damit die reflektierte Infrarotstrahlung direkt
auf die Glühwendel trifft, ist die Lampe dieser Konstruktion
mit elliptischem Querschnitt ausgebildet. Somit liegen zwei Glühwendeln
entlang den zwei Brennpunkten der Ellipse, so dass die Infrarotstrahlung
von den Wendeln auf die Wendel zurückreflektiert wird.
Bei diesem Design ergeben sich jedoch erhebliche Fertigungsprobleme,
da die Positionierung der Wendel in einer großen elliptischen
Lampe technisch schwierig ist. Weitere Probleme ergeben sich bei
dieser Lampe dadurch, dass die Lampe mit einer Quarzröhre
mit elliptischem Querschnitt versehen ist. Die Herstellung von Quarzröhren
mit elliptischem Querschnitt ist ebenfalls eine technologische Herausforderung,
wodurch die Schwierigkeiten bei der Herstellung einer solchen Lampe
noch zunehmen.
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DE 102 36 549 versucht
die Designprobleme des vorstehen genannten Dokuments zu überwinden durch
Vorsehen eines zu U-Gestalt gebogenen Glühfadens, der zwei
Glühbereiche hat, die von einer Quarzröhre umgeben
sind, auf der das Infrarot-reflektierende Material vorgesehen ist.
Diese beiden Röhren und der Glühfaden müssen
außerdem in einem Außengehäuse gehalten
werden, und daher sind die Anforderungen an die Herstellung dieser Konstruktion
erschwert und stellen eine Herausforderung dar.
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Ein
verwandtes Dokument,
US 6 400
077 , beschreibt eine U-förmige Lampenkonstruktion.
Diese Lampe soll jedoch nicht mit einer Infrarot-Reflexionsbeschichtung
verwendet werden und wird nur als eine Technik zur Bereitstellung
von Stützbereichen für Glühfäden
angegeben. Das Dokument enthält keine spezifische Lehre
in Bezug auf das Vorsehen der Glühfäden entlang
irgendwelchen Brennpunkten zur Steigerung der Infrarotreflexion
und -absorption.
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EP 1 739 725 erläutert
eine Konstruktion zur Überwindung der vorgenannten Probleme,
wobei der Teil des Lampengehäuses, der die Glühwendel
haltert, als zwei zusammengefügte Zylinder ausgebildet ist.
Diese beiden zusammengefügten Zylinder sind auf überlappte
Weise zusammengefügt, so dass eine Querschnittskonstruktion
entsprechend der Zahl "8" erhalten wird. Die Licht erzeugenden Wendeln
sind entlang der Mittelachse von jedem der die 8 bildenden Zylinder
angeordnet, wodurch sie an einem äquidistanten Punkt von
der IR-beschichteten äußeren Oberfläche
ausgefluchtet sind. Diese Konstruktion weist leider Probleme auf,
welche die exakte Positionierung der Wendeln entlang den Mittelachsen
betreffen. Da außerdem im Mittelpunkt der 8 kein Teil des
zylindrischen Rohrs anwesend ist, befindet sich keine IR-Beschichtung
zwischen den beiden Glühwendeln, was zu einem Wirkungsgradverlust
in der Lampe führt.
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Die
vorstehenden Probleme und Mängel beim Stand der Technik
können durch die Glühfadenausfluchtungskapsel
gemäß dem Anspruch 1 vorteilhaft überwunden
werden, die innerhalb einer elektrischen Lampe verwendet wird. Dese
Glühfadenausfluchtungskapsel ist so aufgebaut, dass sie
eine gesonderte Einheit bildet, die bevorzugt aus Quarz vorgefertigt
wird und dazu verwendet wird, einen in der elektrischen Lampe verwendeten
Glühfaden aufzunehmen. Diese Glühfadenausfluchtungskapsel
ist so bemessen und geformt, dass der Einbau des Glühfadens
dazu führt, dass der Glühfaden in der Glühfadenausfluchtungskapsel
exakt positioniert wird, so dass die Integration dieser Glühfadenausfluchtungskapsel
und des Glühfadens in einer elektrischen Lampe eine ganz
allgemeine Verbesserung des Wirkungsgrads der elektrischen Lampe
bewirkt.
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Die
Glühfadenausfluchtungskapsel weist eine Konstruktion aus
zwei hohlen Elementen, bevorzugt rohrförmigen Elementen
auf die mit Hilfe eines Verbindungselements zusammengefügt
sind. Dieses Verbindungselement ist so ausgebildet, dass die hohlen
Röhren mit einer bekannten Orientierung in Bezug aufeinander
gehalten werden. Jede hohle Röhre besitzt Rotationssymmetrie
um eine zentrale Längsachse der Röhre. Bevorzugt
haben die Röhren tatsächlich Kreisquerschnitt.
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Ferner
können die Röhren einen gleichbleibenden Durchmesser
entlang ihrer Längsrichtung haben, so dass die Röhren
als hohlzylindrische Elemente betrachtet werden können.
Es ist ferner möglich und hin und wieder vorteilhaft, die
Röhren mit einem veränderlichen Durchmesser entlang
dieser Längsrichtung auszubilden. Innerhalb der Glühfadenausfluchtungskapsel
sind die hohlen Röhren so ausgefluchtet, dass die zentralen
Längsachsen parallel zueinander sind. Das Verbindungselement
weist Führungseinrichtungen auf, die mit einen Glühfaden zusammenwirken
sollen, wenn sie in die Glühfadenausfluchtungskapsel eingebaut
sind. Diese Führungseinrichtungen sind an dem Verbindungselement,
Verbindungsblock oder Verbindungsstück an einer Position
angeordnet, die mit den zentralen Längsachsen der hohlen
Röhren zusammen fällt. Durch Positionieren dieser
Führungseinrichtungen an dieser Stelle wird der Glühfaden,
wenn die Glühfadenausfluchtungskapsel in eine elektrische
Lampe integriert ist, durch den hohlen Abschnitt jeder der Röhren
geführt und geleitet. Dieser Glühfaden läuft bevorzugt
durch den hohlen Abschnitt einer ersten Röhre entlang ihrer
zentralen Längsachse bis zu der Führungseinrichtung
an dem Verbindungselement. Der Glühfaden läuft
dann über das Verbindungselement zu der zweiten Führungseinrichtung
und abwärts durch die zentrale Längsachse der
zweiten hohlen Röhre. Es ist ersichtlich, dass durch Positionieren
der Führungseinrichtungen an den Längsachsen der
hohlen Röhren dann, wenn ein Glühfaden in die
Glühfadenausfluchtungskapsel eingebaut wird, dieser entlang
den bevorzugten zentralen Längsachsen jeder der hohlen
Röhren vorpositioniert ist.
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Wenn
der Glühfaden so positioniert ist, dass er entlang der
zentralen Längsachse der hohlen Röhre liegt, kann
die Distanz von dem Glühfaden zu der hohlen Röhre
genau bestimmt und präzise eingestellt werden. Wenn die
hohle Röhre einen gleichbleibenden Durchmesser entlang
ihrer Längsrichtung hat, ist die Distanz zwischen der hohlen
Röhre und dem Glühfaden entlang ihrer Länge
eine Konstante. Sollte dagegen eine Ausbildung der hohlen Röhre
gewählt werden, bei welcher der Durchmesser veränderlich ist,
dann ist offensichtlich die Distanz entlang der Längsrichtung
ebenfalls veränderlich. Offensichtlich bedeutet die genaue
Positionierung des Glühfadens entlang der zentralen Längsachse,
dass die Distanz von dem Glühfaden zu der hohlen Röhre
wohlbekannt ist.
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Bei
bestimmten bevorzugten Ausbildungen haben die hohlen Röhren
der Glühfadenausfluchtungskapsel einen Durchmesser, der
im zentralen Teil der hohlen Röhre größer
ist. Das führt dazu, dass die hohlen Röhren eine
leicht gewölbte äußere Oberfläche
haben, da der Durchmesser an den Enden des Rohrs kleiner als derjenige
in der Mitte ist. Infolgedessen wird die Distanz zwischen einem
Glühfaden, der entlang der zentralen Längsachse
jeder der Röhren richtig ausgefluchtet ist, und der Röhre
selbst zur Mitte der Röhre hin größer.
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Insbesondere
dann, wenn ein Glühfaden in die Glühfadenausfluchtungskapsel
eingebaut ist und in Gebrauch ist, ergibt sich in der Mitte der
hohlen Röhre eine größere Wärmekonzentration,
so dass es hin und wieder bevorzugt wird, an dieser Stelle den Röhrendurchmesser
zu vergrößern.
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Vorteilhaft
können die hohlen Röhren mit einem Material beschichtet
sein, das die Eigenschaften hat, dass die gesamte oder der größte
Teil der auftreffenden Infrarotstrahlung reflektiert wird. Ferner sollte
dieses Material derart sein, dass Wellenlängen von sichtbarem
Licht von dem Material unbeeinflusst bleiben und hindurchgehen.
Indem die hohlen Röhren der Glühfadenausfluchtungskapsel
bevorzugt an der Außenseite mit einer solchen infrarot-reflektierenden
Beschichtung versehen werden, kann die von dem Glühfaden
erzeugte Wärme auf den Glühfaden selbst zurückreflektiert
werden. Es ist vorteilhaft, dass die reflektierte Infrarotstrahlung
von dem Glühfaden, die von der infrarot-reflektierenden
Beschichtung zurückstrahlt, entlang der Länge
des Glühfadens ungefähr gleich ist. In manchen
Fällen wird dies dadurch erreicht, dass die hohlen Röhren
den konstanten Durchmesser entlang ihrer Länge haben, so dass
die Distanz zwischen dem Glühfaden und der infrarot-reflektierenden
Beschichtung konstant ist. Bei bestimmten Glühfäden,
und zwar typischerweise solchen mit höherer Nennleistung,
ist es vorteilhaft, dass die Distanz zwischen den Glühfäden
und der infrarot-reflektierenden Beschichtung zur Mitte des Glühfadens
geringfügig größer ist. Innerhalb der
Mitte der hohlen Röhren in der Längsrichtung stellt
sich eine höhere Temperatur ein, und ein gewisser Vorteil ergibt
sich, wenn die Menge der reflektierten Infrarotstrahlung, welche
den Glühfaden an dieser Stelle trifft, geringfügig
verringert wird. Infolgedessen ist das Vorsehen der hohlen Röhren
mit einem geringfügig größeren Durchmesser
an ihrer Mitte in Längsrichtung vorteilhaft.
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Bevorzugt
sind die zwei hohlen Röhren so angeordnet, dass sie entlang
mindestens einem Teil ihrer äußeren Oberfläche
miteinander in Berührung sind. Weiterhin ist es bevorzugt
möglich, dass die zwei Röhren an diesem Berührungspunkt
miteinander verbunden sind und nicht nur mittels des Verbindungselements.
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Eine
mögliche Ausbildung für die Führungseinrichtung
ist eine Nut, die an der oberen Oberfläche des Verbindungselements
verläuft. Die obere Oberfläche ist diejenige Oberfläche,
welche die hohlen Röhren nicht berührt. Diese
Nut verläuft von der Position an einer Seite des Verbindungselements,
die mit der zentralen Längsachse einer ersten hohlen Röhre
koinzident ist, bis zu einer gleichen Position an der anderen Seite
des Verbindungselements. Auf diese Weise wird ein Glühfaden,
der eingeführt wird, wenn die Glühfadenausfluchtungskapsel
in einer Lampe verwendet wird, von der einen zentralen Längsachse
der einen hohlen Röhre zu der anderen zentralen Längsachse
der anderen Röhre geführt. Es ist ersichtlich,
dass dann, wenn in dem Verbindungselement eine Nut vorgesehen ist,
diese eine Vielzahl von Querschnittsformen haben kann. Von diesen können
Halbkreisform, V-Form oder konkave Form verwendet werden.
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Es
ist jedoch nicht notwendig, dass die Führungseinrichtung
durch eine Nut in dem Verbindungselement gebildet ist. Das Verbindungselement
könnte auch so ausgebildet sein, dass zwei Löcher
vorgesehen sind, die durch das Verbindungselement verlaufen, und
diese beiden Löcher sind mit den zentralen Längsachsen
jeder der hohlen Röhren koinzident. Weitere Ausbildungen
könnten einfach Kerben wiederum in der Seite des Verbindungselements sein,
die so positioniert sind, dass dann, wenn ein Glühfaden
in der Glühfadenausfluchtungskapsel vorgesehen ist, dieser
vorteilhaft entlang der Mittelachse jeder der hohlen Röhren
positioniert ist. Es ist ersichtlich, dass es für den Fachmann
eine Vielzahl von Ausbildungen für die Führungseinrichtung
gibt, wobei alle derartigen Einrichtungen geeignet sind, solange sie
so positioniert und aufgebaut sind, dass sie die Lage des Glühfadens
entlang den Mittelachsen jeder der hohlen Röhren festlegen.
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Mit
der oben beschriebenen Glühfadenausfluchtungskapsel kann
eine elektrische Lampe bereitgestellt werden, wobei diese Lampe
ein Außengehäuse aufweist, welches die Glühfadenausfluchtungskapsel
und einen Glühfaden umgibt. Wie vorstehend erörtert
wird, soll der Glühfaden innerhalb der Glühfadenausfluchtungseinrichtung
so vorgesehen sein, dass er entlang der zentralen Längsachse jeder
der zwei hohlen Röhren liegt.
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Ferner
ist daran gedacht, dass ein vorteilhafter Glühfaden zum
Gebrauch in der elektrischen Lampe mit zwei aktiven Bereichen versehen
sein kann, wobei Licht und Wärme nur an den aktiven Bereich
abgegeben werden. Diese zwei aktiven Bereiche sind so positioniert,
dass sie entlang der zentralen Längsachse jeder der hohlen
Röhren in der Glühfadenausfluchtungskapsel liegen.
Diese zwei aktiven Bereiche sind miteinander an einem Zwischenabschnitt
elektrische verbunden, und dieser ist nicht so aufgebaut, dass er
Licht und Wärme abgibt. Dieser Zwischenabschnitt ist bevorzugt
so positioniert, dass er mit der Führungseinrichtung und
dem Verbindungselement zusammenwirkt, so dass sichergestellt ist,
dass der Glühfaden richtig in der Glühfadenausfluchtungskapsel
liegt.
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Die
zwei freien Enden des Glühfadens werden bevorzugt in einer
geeigneten Position mittels des Außengehäuses
der Lampe gehalten. Der Glühfaden ist in der Ausfluchtungskapsel
wie vorstehend erörtert positioniert, und wenn der Glühfaden
entlang den zentralen Längsachsen jeder der zwei hohlen Röhren
liegt, können die freien Enden mittels des Außengehäuses
entlang diesen Achslinien gehalten werden. Das Zusammenwirken des
Außengehäuses und der Glühfadenausfluchtungskapsel
führt vorteilhaft zu der gewünschten Positionierung
des Glühfadens. Außerdem weist dieses Außengehäuse
bevorzugt elektrische Kontakte für den Kontakt mit jedem Ende
des Glühfadens auf, und bevorzugt sind diese Kontakte ferner
mit Elektroden an der Außenseite der elektrischen Lampe
elektrisch verbunden. In dem Bereich der Kontakte, Elektroden und
Enden des Glühfadens kann die elektrische Lampe mit einer
gasdichten Abdichtung versehen sein, die bevorzugt durch Abquetschabdichten
des Endes des Außengehäuses gebildet ist.
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Ein
Mechanismus, durch den die Glühfadenausfluchtungskapsel
in dem Außengehäuse gehalten wird, ist das Einziehen
von Warzen. Dieses Einziehen wird erreicht, indem Warzen von dem
Außengehäuse einwärts gepresst werden,
um mit der Glühfadenausfluchtungskapsel in Berührung
zu gelangen, wodurch dann diese Kapsel innerhalb der elektrischen
Lampe gehalten wird. Ein weiterer Vorteil der Bildung der Glühfadenausfluchtungskapsel
aus Quarz ist, dass eine Glas-Glas-Verbindung hergestellt wird,
die sehr stabil und zuverlässig ist.
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Die
Herstellung der Glühfadenausfluchtungskapsel kann vorteilhaft
wie folgt ausgeführt werden: Vorsehen von zwei der oben
angegebenen hohlen Röhren und Ausfluchten ihrer zentralen
Längsachsen, gefolgt vom Verbinden derselben miteinander
mit Hilfe des Verbindungselements. An diesem Punkt ist die Glühfadenausfluchtungskapsel
bereit zur Verwendung in einer elektrischen Lampe. Es wird ferner
bevorzugt, dass die Glühfadenausfluchtungskapsel in diesem
Stadium mit einer infrarot-reflektierenden Beschichtung versehen
wird, wie oben beschrieben wurde.
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Nach
Fertigstellung der Glühfadenausfluchtungskapsel kann sie
dann in eine elektrische Lampe eingebaut werden, indem die Glühfadenausfluchtungskapsel
in einem Außengehäuse angeordnet wird, nachdem
ein Glühfaden in die Kapsel eingebracht wurde. Bevorzugt
wird, nachdem sich der Glühfaden in der Kapsel befindet
und die Kapsel in das Außengehäuse eingebracht
wurde, die Ausfluchtung des Glühfadens entlang den zentralen
Längsachsen durchgeführt, und das Außengehäuse
wird abgequetscht zur Bildung einer Quetschdichtung, die den Glühfaden
in der gewünschten Position hält.
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Wenn
die Kapsel in dem Außengehäuse gehalten wird,
kann das Außengehäuse mit einem Inertgas befüllt
werden und kann abgeklemmt werden, so dass das Außengehäuse
dicht abgeschlossen und der Leuchtkörper gebildet ist.
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1:
Diese Figur zeigt eine aufgeschnittene Perspektivansicht einer elektrischen
Lampe, in der die Glühfadenausfluchtungskapsel der Erfindung untergebracht
ist.
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2:
Diese Figur zeigt im Querschnitt die Vorderseite der in 1 gezeigten
Lampe.
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3:
Diese Figur zeigt eine Seitenansicht der in den 1 und 2 gezeigten
elektrischen Lampe, wobei die innere Ausbildung in Strichlinien gezeigt
ist.
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4:
Diese Figur zeigt die Ausbildung der Glühfadenausfluchtungskapsel,
wie sie in den 1 und 2 zu sehen
ist.
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1 ist
eine aufgeschnittene Perspektivansicht einer elektrischen Lampe 30 gemäß der
vorliegenden Erfindung. Zur weiteren Verdeutlichung zeigt 2 einen
Querschnitt durch die elektrische Lampe 30, und 3 zeigt
eine Seitenansicht der elektrischen Lampe 30, wobei innere
Ausbildungen der elektrischen Lampe 30 in Strichlinien
gezeigt sind. Wie aus diesen Figuren ersichtlich ist, weist die
elektrische Lampe 30 ein Außengehäuse 31 auf,
das die zentrale elektrische Lampe 36 definiert, in welcher der
Glühfaden 50 und eine Glühfadenausfluchtungskapsel 10 zur
Positionierung des Glühfadens 50 enthalten sind.
Die Glühfadenausfluchtungskapsel 10, die in den
Figuren gezeigt ist, stellt eine mögliche Ausführungsform
der Glühfadenausfluchtungskapsel 10 dar, soll
aber keine Einschränkung dieser Ausbildung bedeuten.
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Elektrische
Lampen 30, die eine Infrarotstrahlungsbeschichtung 40 nutzen,
so dass Infrarotstrahlung von der Beschichtung 40 zurückreflektiert wird
und Lichtwellenlängen im wesentlichen unbeeinflusst durch
die Beschichtung 40 durchgelassen werden, erfordern eine
bestimmte Platzierung des Glühfadens 50 in Bezug
auf diese Beschichtung 40. Insbesondere ist die Wirksamkeit
einer elektrischen Lampe 30, welche diese Infrarotbeschichtung 40 aufweist,
sehr stark von der relativen Positionierung zwischen der Infrarotbeschichtung 40 und
dem Glühfaden 50 abhängig. Wenn sich
die Distanz zwischen dem Glühfaden 50 und der
Beschichtung 40 auch nur geringfügig ändert,
kann der Wirkungsgrad der elektrischen Lampe 30 erheblich
verringert werden. Infolgedessen ist es erwünscht, die
Anordnung des Glühfadens 50 relativ zu der Beschichtung 40 streng
zu kontrollieren.
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Die
Glühfadenausfluchtungskapsel 10, wie sie in den 1 und 2 zu
sehen ist und noch deutlicher in 4 gezeigt
ist, in der nur diese Glühfadenausfluchtungskapsel 10 im
Einzelnen dargestellt ist, ist so ausgebildet, dass die Genauigkeit
verbessert wird, mit welcher der Glühfaden 50 in
Bezug auf die Beschichtung 40 positioniert ist. Wie aus
den Figuren ersichtlich ist, weist die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 hauptsächlich
zwei hohle Röhren 11a und 11b auf, die
so ausgefluchtet sind, dass ihre zentralen Längsachsen 12a und 12b parallel
zueinander liegen. Die zwei hohlen Röhren 11a, 11b,
die in 4 gezeigt sind, sind als zwei hohlzylindrische
Röhren dargestellt, wobei der Querschnitt kreisförmig
ist und der Durchmesser der Röhre entlang ihrer Länge
konstant bleibt. Dies ist nur beispielhaft, und in manchen Fällen
ist es sogar erwünscht, dass die hohlen Röhren 11a, 11b einen
Durchmesser haben, der sich entlang jeder der zentralen Längsachsen 12a, 12b ändert.
Insbesondere sollte jedes hohle Röhre 11a, 11b rotationssymmetrisch
um ihre zentrale Längsachse 12a, 12b sein,
wobei der Durchmesser der Röhre entlang ihrer Länge
gleich sein kann. Bei einigen Ausführungsformen kann sich
jedoch der Durchmesser der hohlen Röhren 11a, 11b von
einem Minimum an jedem Ende bis zu einem Maximum in der Mitte der
hohlen Röhre 11a, 11b, gemessen entlang
den zentralen Längsachsen 12a, 12b, ändern.
Dadurch würde man das Längsprofil der hohlen Röhre 11a, 11b als
leicht elliptisch oder breiter in der Mitte als an den Enden erhalten.
Der Vorteil der Ausbildung der hohlen Röhren 11a, 11b mit
einem geringfügig größeren Durchmesser
in der Mitte wird nachstehend noch in Verbindung mit der Verwendung
in einer elektrischen Lampe 30 beschrieben.
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Wie
insbesondere 4 zeigt, ist ein Verbindungselement 20 an
einem Ende der zwei hohlen Röhren 11a, 11b angeordnet.
Die in 4 gezeigte Ausbildung ist nur eine einer Vielzahl
von Möglichkeiten, und das Verbindungselement 20,
das in den 1 bis 3 zu sehen
ist, hat offenbar auch eine davon verschiedene Ausbildung. Nicht
nur kann das Verbindungselement 20 dazu dienen, die zwei
hohlen Röhren 11a, 11b aneinander festzulegen,
sondern es wird, wie noch ersichtlich wird, vorteilhaft verwendet,
um den Glühfaden 50 in den zwei hohlen Röhren 11a, 11b auszufluchten.
Wie insbesondere die 1 und 2 zeigen,
wirkt der Glühfaden 50 mit diesem Verbindungselement 20 zusammen,
das den Glühfaden 50 entlang den zentralen Längsachsen
der hohlen Röhren 11a, 11b positioniert.
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Das
Verbindungselement 20 ist so aufgebaut, dass an dem Verbindungselement 20 Führungseinrichtungen 28 an
einer Stelle vorgesehen sind, die auf den zentralen Längsachsen 12a, 12b der
hohlen Röhren 11a, 11b liegt. In 4 sind
die Führungseinrichtungen 28 von jedem Ende einer
Nut 23 gebildet, die in der oberen Oberfläche 24 des
Verbindungselements 20 zu sehen ist. Die obere Oberfläche 24 ist
als die Oberfläche definiert, die nicht mit den zwei hohlen
Röhren 11a, 11b in Berührung
ist. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich
ist, sind die an dem Verbindungselement 20 vorgesehenen
Führungseinrichtungen 28 auf den zentralen Längsachsen 12a, 12b von
jeder der hohlen Röhren 11a, 11b so positioniert,
dass dann, wenn die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 in
einer elektrischen Lampe 30 verwendet wird und mit einem
Glühfaden 50 integriert ist, der Glühfaden 50 so
geleitet wird, dass er entlang der zentralen Längsachse
jeder der zwei hohlen Röhren 11a, 11b liegt.
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Die
an dem Verbindungselement 20 vorgesehenen Führungseinrichtungen 28 können
durch jede beliebige Struktur gebildet sein, die den Glühfaden 50 so
führt, dass er entlang den zentralen Längsachsen 12a, 12b der
hohlen Röhren 11a, 11b liegt. In jeder
der 1, 2 und 4 ist eine
Nut 23 vorgesehen, deren erstes und zweites Ende 26, 27 direkt
in einer Flucht mit den zentralen Längsachsen 12a, 12b jeder
der hohlen Röhren 11a, 11b positioniert
ist. Das ist die Schlüsseleigenschaft des Verbindungselements 20 und
der Führungseinrichtungen 28. Die eigentliche
Konstruktion dieser beiden Teile ist nicht besonders begrenzt, nur
das Verbindungselement 20 ist so vorgesehen, um die beiden
hohlen Röhren 11a, 11b miteinander zu
verbinden, und weist diese Führungseinrichtungen 28 auf,
die exakt mit den zentralen Längsachsen 12a, 12b jeder
der hohlen Röhren 11a, 11b in Ausfluchtung
sind. Eine so ausgebildete Glühfadenausfluchtungskapsel
kann dann in eine elektrische Lampe 30 eingebaut werden und
wird vorteilhaft mit dem Glühfaden 50 ausgefluchtet,
wenn dieser in der elektrischen Lampe 30 und der Glühfadenausfluchtungskapsel 10 entlang den
zentralen Längsachsen 12a, 12b der hohlen Röhren 11a, 11b angeordnet
ist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Oberflächen
der beiden hohlen Röhren 11a und 11b mit
der Infrarot-Reflexionsschicht 40 beschichtet. Bei dieser
Ausführungsform wird die Distanz zwischen dem Glühfaden 50 und
der Beschichtung 40 unmittelbar durch die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 bestimmt.
Das heißt, wenn der Glühfaden 50 so positioniert
wird, dass er durch die erste hohle Röhre 11a verläuft,
mit der Führungseinrichtung 28, die auf der zentralen
Längsachse 12a der hohlen Röhre 11a liegt,
zusammenwirkt, über das Verbindungselement 20 zu
der zweiten Führungseinrichtung 28 verläuft, die
den Glühfaden mit der zentralen Längsachse 12b der
zweiten hohlen Röhre 11b ausfluchtet, dann liegt der
Endabschnitt des Glühfadens 50 entlang der zentralen
Längsachse 12b der zweiten hohlen Röhre 11b.
Der Wirkungsgrad der Infrarot-Beschichtung 40 ist, wie
bereits gesagt wurde, erheblich von der Einstellung der Distanz
zwischen dem Glühfaden 50 und der Beschichtung 40 abhängig.
Mittels der Glühfadenausfluchtungskapsel 10 kann
diese Distanz präzise aufrechterhalten werden, und der
Wirkungsgrad einer elektrischen Lampe 30, welche die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 aufweist,
wird wesentlich verbessert.
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Ferner
ist davon auszugehen, dass der in der elektrischen Lampe 30 der
vorliegenden Erfindung verwendete Glühfaden 50 Licht
nicht von seiner vollen Länge erzeugt. Tatsächlich
hat der Glühfaden 50, der in der elektrischen
Lampe 30 der vorliegenden Erfindung vorteilhaft verwendet
wird, zwei aktive Abschnitte 51a und 52b, wie
die 1 und 2 zeigen. Speziell sind diese
beiden aktiven Abschnitte 51a, 51b die Abschnitte,
an denen im Betrieb das Licht und die Wärme von denn Glühfaden 50 erzeugt werden.
Es ist wichtig, dass diese aktiven Abschnitte 51a, 51b entlang
den zentralen Längsachsen 12a, 12b der
beiden hohlen Röhren 11a, 11b liegen.
Wenn diese aktiven Abschnitte 51a, 51b entlang
diesen zentralen Längsachsen 12a, 12b liegen,
ist die Distanz von dem Licht und Wärme erzeugenden Abschnitt
so eingestellt, dass sie in alle Radialrichtungen gleich ist. Dadurch
wird der Wirkungsgrad der Infrarot-Beschichtung 40 und
somit der allgemeine Wirkungsgrad der elektrischen Lampe 30 vorteilhaft
verbessert.
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Der
in den 1 und 2 gezeigte Glühfaden 50 ist
ein spezieller Glühfaden 50, bei dem entlang seiner
Länge zwei aktive Abschnitte 51a und 51b vorgesehen
sind. Zwischen diesen beiden aktiven Abschnitten 51a, 51b liegt
ein Zwischenabschnitt 52. Dieser Zwischenabschnitt 52 ist
nicht mit einer Glühstruktur ausgebildet; wenn also der
Glühfaden 50 in Gebrauch ist, erzeugt der Zwischenabschnitt 52 keine
signifikanten Wärmemengen. Tatsächlich ist der
Zwischenabschnitt 52 hauptsächlich eine niederohmige
elektrische Verbindung zwischen den beiden aktiven Abschnitten 51a, 51b des
Glühfadens 50. An den anderen Enden der aktiven
Abschnitte 51a, 51b sind ein erstes 53 und
ein zweites 54 Ende des Glühfadens 50 vorgesehen.
Das erste Ende 53 und das zweite Ende 54 des Glühfadens 50 dienen als
die elektrischen Anschlüsse zu dem Glühfaden 50,
wenn er in eine elektrische Lampe eingebaut ist.
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Ferner
ist offensichtlich, dass jedes von dem ersten und dem zweiten Ende 53 und 54 des
Glühfadens 50 ebenfalls exakt positioniert sein
muss, damit die aktiven Abschnitte 51a, 51b des
Glühfadens entlang den zentralen Längsachsen 12a, 12b der
beiden hohlen Röhren 11a und 11b liegen.
Dese Ausfluchtung des Glühfadens 50 wird erreicht
mittels des Außengehäuses 31 der elektrischen
Lampe 30. Der Glühfaden 50 ist mit der
Glühfadenausfluchtungskapsel 10 integriert, so
dass der Glühfaden 50 an dem oberen Ende der hohlen
Röhren 11a, 11b entlang den zentralen
Längsachsen 12a, 12b exakt positioniert
ist. Diese den Glühfaden 50 enthaltende Glühfadenausfluchtungskapsel 10 wird
dann in dem Außengehäuse 31 der elektrischen
Lampe 30 positioniert. Indern sichergestellt wird, dass
das erste Ende 53 und das zweite Ende 54 des Glühfadens 50 so
positioniert sind, dass so die aktiven Abschnitte 51a, 51b entlang
den zentralen Längsachsen 12a, 12b liegen,
wenn die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 in dem
Außengehäuse 31 festgelegt ist, kann
der Glühfaden 50 in der gewünschten Position
gehalten werden. Diese Ausbildung ist in den 1 und 2 am
besten zu sehen. Indem sichergestellt wird, dass der Glühfaden 50 in
der Glühfadenausfluchtungskapsel 10 und dann mittels
des Außengehäuses 31 der elektrischen
Lampe 30 richtig ausgefluchtet ist, wird eine elektrische
Lampe 30 mit hohem Wirkungsgrad hergestellt. Insbesondere
ist zu erwarten, dass der Glühfaden 50 richtig
in der Glühfadenausfluchtungskapsel 10 ausgefluchtet
ist und dann in dem Außengehäuse 31 positioniert
wird. Dann werden in das Außengehäuse 31 Warzen
eingedrückt, so dass die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 in
dem Außengehäuse 31 durch Warzen 32 befestigt
ist. Diese Warzen 32 sind in 3 zu sehen
und sind vorteilhaft so vorgesehen, dass sie mit dem Verbindungselement 20 der
Glühfadenausfluchtungskapsel 10 zusammenwirken
und dieses festlegen. Selbstverständlich ist es möglich,
die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 innerhalb
der elektrischen Lampe 30 mit alternativen Einrichtungen
festzulegen, aber die Warzeneinziehtechnik ist wohletabliert und
ist eine einfache und wirksame Möglichkeit zum Festlegen
der Glühfadenausfluchtungskapsel 10.
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Nachdem
die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 und der Glühfaden 50 in
dem Außengehäuse 31 befestigt sind, wird
dieses Gehäuse durch Abquetschen verschlossen, so dass
an seinen unteren Ende eine gasdichte Abdichtung 35 entsteht.
Innerhalb dieser gasdichten Abdichtung 35 sind Kontakte 33 zum elektrischen
Verbinden mit dem ersten Ende 53 und dem zweiten Ende 54 des
Glühfadens 50 sowie Elektroden 34 vorgesehen,
die eine elektrische Verbindung mit den Kontakten 33 herstellen.
An diese Abquetschphase der Herstellung ist die weitere Forderung
geknüpft, dass das erste Ende 53 und das zweite
Ende 54 des Glühfadens 50 präzise
festgelegt werden, so dass die aktiven Abschnitte 51a, 51b des Glühfadens 50 entlang
den zentralen Längsachsen 12a, 12b jeder
der beiden hohlen Röhren 11a, 11b liegen.
An diesem Punkt der Fertigung wird der hohle Lampenabschnitt 36 der
elektrischen Lampe 30 mit einem Inertgas und Halogen oder
einer Halogenverbindung befüllt, und die elektrische Lampe
wird abgeklemmt, so dass die elektrische Lampe 30 erhalten wird.
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Wie
aus der vorstehenden Offenbarung ersichtlich ist, sind die wichtigsten
Elemente der vorliegenden Erfindung die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 im
Zusammenwirken mit dem Außengehäuse 31 der
elektrischen Lampe 30. Insbesondere wirken diese beiden
Merkmale so zusammen, dass ein in der elektrischen Lampe 30 positionierter
Glühfaden 50 sowie gegebenenfalls aktive Abschnitte 51a, 51b bei Verwendung
eines entsprechenden Glühfadens 50 so positioniert
sind dass sie entlang den zentralen Längsachsen 12a, 12b der
zwei hohlen Röhren 11a, 11b liegen, welche
die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 bilden. Eine
auf diese Weise gefertigte elektrische Lampe hat einen erheblich
verbesserten Wirkungsgrad, weil die Distanz zwischen dem Glühfaden 50 und
der Infrarot-Reflexionsbeschichtung 40 exakt eingehalten
werden kann, wodurch der Wirkungsgrad dieser Beschichtung 40 verbessert
wird.
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Bei
der Bildung der Glühfadenausfluchtungskapsel 10 ist
es auch möglich, dass die zwei hohlen Röhren 11a, 11b einander
entlang einer Berührungsstelle 13a, 13b entlang
den äußeren Oberflächen 14a, 14b von
jeder der beiden hohlen Röhren 11a, 11b berühren.
Zusätzlich ist es auch möglich, dass die beiden
hohlen Röhren 11a, 11b an dieser Berührungsstelle 13a, 13b miteinander
verbunden sind sowie durch das Verbindungselement 20 miteinander verbunden
sind. Es ist ersichtlich, dass ein Verbinden der zwei hohlen Röhren 11a, 11b miteinander
die Struktur der Glühfadenausfluchtungskapsel 10 festigt.
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Wie 4 zeigt,
kann das Verbindungselement aus Führungseinrichtungen 28 bestehen,
die als eine Nut 23 in der oberen Oberfläche ausgebildet sind.
Die Nut 23 in der oberen Oberfläche 24 des
Verbindungselements 20 kann jedes gewünschte Profil haben
und ist nicht auf das in 4 gezeigte Halbkreisprofil beschränkt.
So ist es etwa möglich, dass die Nut 23 eine Austiefung
einer im Profil V-förmigen Nut 23 ist. Wenn in
dem Verbindungselement 20 eine Nut 23 vorgesehen
ist, hat das Verbindungselement 20 vorteilhaft eine Breite,
welche die gleiche Distanz wie diejenige zwischen den zentralen
Längsachsen 12a, 12b der beiden hohlen
Röhren 11a, 11b ist. Das erste Ende 26 und
das zweite Ende 27 der Nut 23 in 4 bilden
dann die Führungseinrichtungen 28, die exakt auf
den zentralen Längsachsen 12a, 12b von jeder
der beiden hohlen Röhren 11a, 11b liegen.
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Das
in 4 gezeigte Verbindungselement 20 hat
ein allgemein rechteckiges Profil. Wie bei dem Verbindungselement 20 in
den 1 und 2 ersichtlich ist, sind andere
Formen des Verbindungselements 20 gleichermaßen
akzeptabel. Das Verbindungselement 20 in denn 1 und 2 hat
dabei halbkugelig-zylindrische Ausbildung, wobei die flache Unterseite
als die Oberfläche zum Verbinden der zwei hohlen Röhren 11a, 11b dient
und der Glühfaden 50 entlang der und über
die Oberseite des Kreisprofilabschnitts des Zylinders verläuft.
Außerdem ist es möglich, dass das in den 1 und 2 gezeigte
Verbindungselement 20 ebenfalls eine Nut 23 hat,
wobei das erste 26 und das zweite 27 Ende dieser
Nut 23 die Führungseinrichtungen 28 zum Ausfluchten
des Glühfadens 50 bilden.
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Zusätzlich
ist es vorteilhaft, dass die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 aus
Quarzmaterial besteht. Dabei sind die zwei hohlen Röhren 11a, 11b sowie
das Verbindungselement 20 sämtlich aus Quarz hergestellt.
Der Vorteil dabei, dass die Glühfadenausfluchtungskapsel
aus Quarz hergestellt ist, liegt darin, dass Quarz innerhalb guter
Maßtoleranzen produziert werden kann und sich besonders
für die Hochtemperaturumgebung im Inneren der elektrischen
Lampe 30 eignet. Wenn das Verbindungselement 20 aus
Quarz besteht, bildet außerdem das Außengehäuse 31 beim
Warzenpressen zur Anbringung des Verbindungselements 20 (falls
dies die Anbringungsweise ist) eine Glas-Glas-Verbindung, die außerordentlich
stabil ist. Außerdem ist es vorteilhaft, dass die beiden
hohlen Röhren 11a, 11b hinsichtlich Größe
und Gestalt identisch sind. Das führt zu einer besser einstellbaren
Struktur in der Glühfadenausfluchtungskapsel 10.
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Die
vorstehende Beschreibung der elektrischen Lampe 30 dient
als eine allgemeine Lehre des Erfindungsgedankens. Das Schlüsselelement
für die elektrische Lampe 30 ist die Glühfadenausfluchtungskapsel 10;
sekundär ist von Bedeutung, dass diese Kapsel 10 mit
dem Außengehäuse 31 so zusammenwirkt,
dass der Glühfaden 50 in der elektrischen Lampe 30 in Bezug
auf die Infrarot-Reflexionsbeschichtung 40 außerordentlich
präzise festgelegt ist. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad
der elektrischen Lampe 30 stark verbessert. Die vorstehende Erläuterung
soll den Schutzumfang nicht einschränken, und viele weitere
Ausbildungen für die Glühfadenausfluchtungskapsel 10 und
die elektrische Lampe 30 sind für den Fachmann
ersichtlich, und der volle Umfang der Erfindung ist durch die beigefügten Patentansprüche
definiert.
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- 10
- Glühfadenausfluchtungskapsel
- 11a
+ b
- 2
hohle zylindrische Röhren
- 12a
+ b
- zentrale
Längsachsen
- 13a
+ b
- Kontaktstelle
- 14a
+ b
- äußere
Oberfläche
- 20
- Verbindungselement
- 21
- gegenüberliegende
Seite 1
- 22
- gegenüberliegende
Seite 2
- 23
- Nut
- 24
- obere
Oberfläche
- 25
- untere
Oberfläche
- 26
- erstes
Ende
- 27
- zweites
Ende
- 28
- Führungseinrichtungen
- 30
- elektrische
Lampe
- 31
- Außengehäuse
- 32
- Warzen
- 33
- Kontakte
- 34
- Elektroden
- 35
- gasdichte
Abdichtung
- 36
- Lampe
- 40
- Beschichtung
- 50
- Glühfaden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/084258 [0007]
- - DE 10236549 [0008]
- - US 6400077 [0009]
- - EP 1739725 [0010]