DE2117161A1

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Info

Publication number: DE2117161A1
Application number: DE19712117161
Authority: DE
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-04-15
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1971-10-28
Also published as: US3648094A; FR2089677A5

Description

DIPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

"Düsseldorf, 7. April 1971

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa. V.GT.A.

Projektionslampe

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Projektionslampen mit einem dicht abgeschlossenen, lichtdurchlässigen, eine inerte Gasfüllung, die unter einem vorgegebenen Druck steht, enthaltenden Kolben, in dem eine für eine bestimmte Leistung ausgelegte ΐ-.olframglühwendel zur im wesentlichen gleichmäßigen Erwärmung des Kolbens im wesentlichen zentrisch angeordnet ist, die elektrisch mit dicht durch den Kolben geführten Zuleitungen in Verbindung steht.

I'olfram-Halogen-Glühlampen haben sich mittlerweile allgemein eingeführt. Bei diesen Lampen wird eine Schwärzung des lichtdurchlässigen Kolbens durch einen Vorgang verhindert, der zwar noch nicht vollständig erklärt werden kann, von dem jedoch bekannt ist, daß es dabei zur Bildung relativ flüchtiger Wolfram-Halogenide kommt. Für die herkömmlichen Wolfram-Halogen-Glühlampen wurde bisher als Material für den lichtdurchlässigen Kolben Quarz oder ein Material mit sehr hohem Sillciumdioxidgehalt, wie hochtemperaturfestes, mindestens 99 % Siliciumdioxid enthaltendes Glas, verwendet. Der Quarzkolben hat nur einen geringen Abstand von der Glühwendel, und das Leistungsverhältnis ist im allgemeinen größer als 70 W/cm³ Lampenvolumen,sodaß an der Kühlstelle eine verhältnis ■i'Uq hohe Temperatur von etwa 500° C erhalten wird.

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Die Verwendung von Quarz oder anderem Glas irit hohen Siliciundioxidgehalt führt sowohl wegen der Materialkosten als auch wegen des für die Verarbeitung dieses hochtenperaturbeständigen Materials erforderlichen Herstellungsverfahrens zu hohen Kosten. Der Quarzkolben muß so gehandhabt werden, daß eine Verschmutzung durch das Anfassen mit den Fingern vernieden wird, was sonst zu einer Devitrifikation und einem frühen Ausfall der Lampe führen kann. Außerdem erfordert der Quarzkolben eine teure keramische Fußdichtung, die sich nicht so zuverlässig wie die herkömmliche Metall-/Hartglasdichtung verhält.

Die Wolfram-Halogen-Glühlampe wird als Standardlichtquelle mit langer Lebensdauer und gleichfalls als Projektionslampe mit hoher Lichtausbeute, jedoch verhältnismäßig kurzer Lebensdauer, eingesetzt.

In der kanadischen Patentschrift 763 O62 vom 11. 7. 67 ist eine

3 für eine niedrige Spannung und eine hohe Eingangsleistung/cm Kolbenvolumen ausgelegte Lampe mit einem Pyrex-Hartglaskolben beschrieben. Die Eingangsleistungen dieser Lampe sollen dabei zwischen etwa 30 - 95 W cm/" Lampenvolumen liegen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist, die Schaffung einer Wolfram- ^ Halogen-Lampe, insbesondere einer solchen Projektionslampe, die eine niedrigere Leistung je cm Kolbenvolumen erfordert und sich mit geringeren Kosten als bisher herstellen läßt, ohne deshalb eine Verringerung der Lebensdauer oder eine sonstige Verschlechterung der sonstigen Lampeneigenschaften in Kauf nehmen zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Projektionslampe der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben aus Borsilikatglas besteht und eine Füllung mit einer bestimmten zusätzlichen Menge Brom oder einem Material enthält, das bei Betrieb der Lampe zerfallen kann und dabei die genannte Menge Brom liefert, und daß der Kolben ein bestimmtes Volumen hat, so daß das Verhältnis von Lampeneingangsleistung zu Kolhenvolumen zwi-

'cm liegt w.

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sehen 13,6 und 16,4 W/cm liegt*.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Seitenansicht einer Projektionslampe nach der Erfindung.

Im einzelnen läßt die Zeichnung eine Projektionslampe 10 mit einem lichtdurchlässigen Kolben 12 aus einem glasartigen, lichtdurchlässigen Material erkennen, das gegenüber der auftretenden Betriebstemperatur und den Einwirkungen der bromhaltigen Gasfüllung beständig ist. Als glasartiges Material dient ein Borsilikatglas, z.B. Pyrex fc 7740, wie es von der Fa. Corning Glass hergestellt wird, das typischerweise etwa 80 % Siliciumdioxid, 14 % Boroxid, 4 % Natriumoxid und 2 % Aluminiumoxid enthält. Es besitzt eine hohe chemische Festigkeit, einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber plötzlichen Temperaturänderungen, alles Eigenschaften, die im vorliegenden Fall wegen der Reaktionsfreudigkeit der Halogenidatmosphäre, der hohen Betriebstemperaturen von Projektionslampen und der beim Ein- und Ausschalten der Lampe auftretenden Belastungen infolge sprungartiger Temperaturänderungen von Bedeutung sind. Die Erweichungstemperatur des vorzugsweise verwendeten besonderen Borsilikatglases liegt bei etwa 820° C. Selbstverständlich können auch andere Borsilikatgläser mit guter Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischer Beanspruchung Verwendung finden.

r.in herkömmlicher Metallfuß, der beispielsweise aus Aluminium besteht, umschließt den dicht abgeschlossenen Fußteil des Kolbens. Zuleitungen 16, uie etwa aus FoIfram bestehen, sind mittels herkömnlicher Kartclas-/Metallabdichtungen hermetisch dicht durch den Kolben 12 hindurchgeführt. Die nach innen ragenden Dereiche der Zuleitungen 16 werden z. T. von Brücken 13 aus hochtemperaturbestänaigeni, glasartigem, lichtdurchlässiger¹ Material wie etv?a Quarz abgestützt. Eine binlanare Glühwendel 20 aus Wolfram v/eist acht -."icklungen auf, von r'enen jevreils vier in einer der beiden Ebenen liegen. Die Glühwendel 20 ist über Enden 22 und verschiebbar geführte Kicklungen 24 mit den Leitungen 16, die auf die

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Zuleitungen gewickelt sind, elektrisch verbunden. In die Brücken 18 eingebettete Aufhängungen 26 dienen dazu, die Glühwendel in ihrer Lage zu halten. Diese Projektionslampe hat dabei im allgemeinen auch eine innen angeordnete, hier nicht gezeigte Sicherung, die in Reihe mit einer Zuleitung geschaltet ist.

Eine Projektionslampe mit einer Nennleistung von 500 Ψ, die für eine Betriebsspannung von 110 - 130 V ausgelegt ist, hat die folgenden ungefähren Abmessungen. Der Kolben hat eine Standardausführung, d.h. ist als T-10-Kolben mit einem zylindrischen Rumpfteil und einem kuppeiförmigen Kopfteil, einem Durchmesser von etwa 32 mm ™ und einer Länge von etwa 60 mm zwischen seiner Oberseite bis zur Fußdichtung ausgebildet, wobei das Larapenvolumen annähernd 33 cm beträgt. Die Glühwendelwicklungen bestehen aus 0,187 mm (7,35 rnil) dickem Wolframdraht und haben bei einer Windungsdichte von 37,3 Windungen/cm eine Gesamtlänge von jeweils etwa 6,35 mm.

Die Lampe ist mit unter einem Druck von 950 - 1050 Torr stehenden Stickstoff und Methylenbromid gefüllt, das (im verdampften Zustand) etwa 0,4 % des Füllvolumens ausmacht. Die Projektionslampe kann während der Herstellung vorerhitzt werden, um das Methylenbromid zerfallen zu lassen, oder aber vorzugsweise kurzzeitig in Betrieb genommen werden, um das Methylenbroraid zerfc fallen zu lassen und einen Brom-Partialdruck in der Lampe herzustellen» Der Rest des zerfallenden Methylenbromids kondensiert im Fußbereich des Kolbens, und zwar im allgemeinen in dem Gebiet des Kolbens, das durch den den Boden des Kolbens umgebenden Metallfuß verdeckt ist.

Eine Τ-10-Projektionslampe mit den vorstehend angegebenen speziellen Daten weist eine Kühlstelle mit einer Betriebstemperatur von etwa 340 C auf, die sich dabei an der Stelle der Verbindung von Kolben und Fuß beobachten läßt. Diese Temperatur ist hoch genug, um die Verdampfung des eine Schwärzung des Kolbens verhindernden Bromanteils zu gewährleisten, jedoch nicht so hoch, daß

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dadurch der Kolben eine Beeinträchtigung erfahren würde. Die Betriebstemperaturen des beschriebenen Ausführungsbeispiels eines T-lO-Kolbens liegen in einem Bereich einer Temperatur von 425 C am oberen Kolbenen^de und einer Höchsttemperatur von 525 C in der öTähe der Glühwendel.

tlan hat festgestellt, daß während der Lebensdauer dieser speziellen Projektionslampe praktisch keine Verminderung der Lichtausbeute auftritt. Ihre Lebensdauer entspricht der normalen Lebensdauer der verwendeten speziellen Wicklung. Der Wolfram-Brom-Kreisprozeß, durch den das von der Glühwendel verdampfende Wolfram daran gehin- , dert wird, sich an den Wänden des Kolbens niederzuschlagen, verhindert auch eine schädliche örtliche Erhitzung des Kolbens, wie sie bei Nicht-Halogen-Lampen auftritt, da die dunklen Wolframablagerungen weitere Infrarotstrahlung absorbieren.

Für das bevorzugte Ausführungsbeispiel wird Stickstoff als Füllgas verwendet, um die Wahrscheinlichkeit einer Lichtbogenbildung zwischen nebeneinander angeordneten Bereichen der Glühwendel gering zu halten. Wird zwischen den Wicklungen ein genügend großer Abstand eingehalten, so können auch andere inerte Gase zur Füllung dienen.

Die Projektionslampe nach der vorliegenden Erfindung weist da- ' mit sowohl gegenüber einer normalen, kein Halogen enthaltenden als auch gegenüber einer Halogen enthaltenden, mit einem Quarzkolben versehenen Halogen-Glühlampe Vorzüge auf. Im Vergleich zu einer nicht mit einem Halogen arbeitenden Lampe hat die Lampe nach der Erfindung eine wesentlich längere Lebensdauer und während der ganzen verlängerten Lebensdauer auch eine verbesserte Konstanz der Lichtausbeute. Die Lampe nach der Erfindung weist dennoch dieselben Lichteigenschaften wie die Quarzkolben-Halogenlampe, ferner auch eine etwas erhöhte Lebensdauer auf, wobei die Kosten wesentlich niedriger liegen. Die Verwendung eines Hartglaskolbens

■ -He eines Quarzkolbens vereinfacht die Einfassung mittels ^.^css Fuß teils und vermeidet die Gefahr einer Devitrifikation, wie sie sich bei der Handhabung von Quarz ergeben kann.

Die Lampe nach der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders für den Einsatz in Filmprojektoren, bei denen durch eine Zwangsluftkühlung für kontrollierte Umgebungsverhältnisse gesorgt wird. Jedoch kann die Lampe auch einfach in Luft arbeiten, ohne daß es zu Verwerfungen kommt.

Ein besonderer Vorteil der in Verbindung mit dem \orstehenden Ausführungsbeispiel erläuterten Hartglas-T-lO-Bromlampe gegenüber einer eine vergleichbare Leistungsaufnahme und Lichtausbeute aufweisenden T-6-Quarz-Brom-Lampe ist darin zu sehen, daß mit der Lampe nach der Erfindung in einem bestimmten Projektionsgerät ein höheres Durchschnittsverhältnis zwischen prozentualer Eckbereich- und Mittelbereichausleuchtung eines Bildschirms erzielt v/erden kann. Dieser Vorteil ist offenbar auf die Diffusionswirkung des Broms und Stickstoffs zurückzuführen, die ein größeres Volumen einnehmen, das das optische System gleichförmiger ausfüllt. So ergab beispielsweise auf einem Bildschirm mit einer

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Fläche von 80 χ 116 cm unter Verwendung desselben Projektors die bekannte T-6-Quarz-Brom-Lampe ein durchschnittliches Verhältnis der prozentualen Ausleuchtung von Eckbereich zu Mittelbereich von 66, gegenüber einem Verhältnis von 83 für die T-10-Hartglas-Brom-Lampe.

Patentansprüche:

Claims

- 7 Patentansprüche :

⁴T1.)Projektionslampe mit einem dicht abgeschlossenen, lichtdurchlässigen, eine inerte Gasfüllung, die unter einem vorgegebenen Druck steht, enthaltenden Kolben, in dem eine für eine bestimmte Leistung ausgelegte Wolfram-Glühwendel zur im wesentlichen gleichmäßigen Erwärmung des Kolbens im wesentlichen zentrisch angeordnet ist, die elektrisch mit dicht durch den Kolben geführten Zuleitungen in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) aus Borsilikat besteht und die Gasfüllung zusätzlich eine bestimmte Menge Brom oder ein Material enthält, das bei Betrieb der Projektionslampe (10) zerfallen kann und dabei die genannte Menge Brom liefert, und daß der Kolben ein bestimmtes Volumen hat, so daß das Verhältnis von Lampem

trägt.

Lampeneingangsleistung zu Kolbenvolumen 13,6 - 16,4 W/cm be-
2. Projektionslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Borsilikatglas eine Zusammensetzung in der Größenordnung von 80 % Siliciumdioxid, 14 % Boroxid, 14 % Natriumoxid und 2 % Aluminiumoxid hat.
3. Projektionslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zerfallbare Material Methylenbromid ist.
4. Projektionslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Methylenbromid bei seiner Verdampfung einen Anteil von 0,4 Vol% derlnertgasatmosphäre ausmacht.
5. Projektionslampe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Inertgasatmosphäre unter einem Druck von 950 - 1050 Torr stehender Stickstoff ist.
6. Projektionslampe nach einem oder mehreren der Anspräche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühwendel (20) biplanar angeordnete Wicklungen hat.

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