DE2644977C2

DE2644977C2 - Reflektorlampe mit einer elektrischen Lichtquelle

Info

Publication number: DE2644977C2
Application number: DE2644977A
Authority: DE
Inventors: Leonard Cornelis Hendrik Eijkelenboom; Jan Antoon Henri Eindhoven Kesseler
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-10-13
Filing date: 1976-10-06
Publication date: 1985-05-15
Also published as: JPS5248287A; DE2644977A1; ES452327A1; CA1067872A; NL178924B; NL178924C; BE847162A; NL7511983A; HU173640B; US4039878A; GB1497778A; FR2328282B1; IT1068860B; JPS5821761B2; FR2328282A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reflektorlampe mit einer elektrischen Lichtquelle, einem elliptisch gekrümmten Reflektor und einer hyperbolisch gekrümmten lichtdurchlässigen, wärmestrahlungsreflektierenden Frontscheibe, bei der die Brennpunkte des elliptisch gekrümmten Reflektors mit denen der hypberbolisch gekrümmten Frontscheibe zusammenfalten, beide mit ihrer konkaven Seite einander zugewandt sind und die Lichtquelle die innerhalb des von beiden Teilen umschlossenen Raumes liegenden zusammenfallenden Brennpunkte umgibt.

Eine derartige Reflektorlampe ist aus der US-PS 3494693 bekannt.

Elektrische Lichtquellen und namentlich Glühlampen emittieren außer Licht auch Wärmestrahlung. Diese Strahlung ist, vor allem wenn die Strahlung der Lichtquelle gebündelt wird, oft störend und hat darüber hinaus eine Wirkungsgradverminderung der Lampe zur Folge.

Aus der genannten US-PS ist es bekannt, diese Nachteile einer im Brennpunkt eines elhpcischen Spiegels angeordneten Lichtquelle mit Hilfe einer hyperbolischen lichtdurchlässigen, Wärmestrahlungsreflektierenden Frontscheibe zu beheben. Abhängig von der Qualität der hyperbolischen Frontscheibe - dem Maß, in dem sie

Wärmestrahlung reflektiert und sichtbare Strahlung durchläßt - wird der zuerst genannte Nachteil mehr oder

weniger beseitigt, was mit einem größeren oder kleineren Lichtverlust einhergeht.

45 Der zweite Nachteil, die Wirkungsgradverminderung, wird nach der genannten US-PS nur in dem theoreti-

^ sehen Falle behoben, in dem die Lichtquelle die Abmessungen eines geometrischen Punktes oder einer geometrischen Linie aufweist. Nur in diesen Fällen wird die von der Lichtquelle emittierte Wärmestrahlung direkt oder nach Reflexion an dem elliptischen Reflektor von der hyperbolischen Frontscheibe auf die Lichtquelle zurückgeworfen. Falls dies quantitativ geschehen würde, wäre - andere Verluste nicht mitgerechnet - die der Lichtquelle zugeführte Energie gleich der von der Lichtquelle emittierten sichtbaren Strahlungsenergie. Da jedoch jede elektrische Lichtquelle dreidimensional Abmessungen aufweist, geht die von dieser Lichtquelle emittierte Strahlung nicht oder nur teilweise von den Brennpunkten der Reflektoren aus. Dies hat zur Folge, daß, abhängig

\ von dem Weg, den ein Wärmestrahl zurückgelegt hat, nämlich zunächst Reflexion an der hyperbolisch

» gekrümmten Oberfläche und dann an der elliptisch gekrümmten Oberfläche oder umgekehrt, die Abbildung,

die die Reflektoren von der Lichtquelle an der Stelle der Lichtquelle erzeugen, eine Vergrößerung oder eine Verkleinerung der Lichtquelle ist. Die vergrößerte Abbildung bewirkt, daß ein Teil der reflektierten Wärmestrahlung nicht auf die Lichtquelle fällt und daher nicht zur Verbesserung des Wirkungsgrades beiträgt. Die verkleinerte Abbildung bedeutet, daß ein Teil der Lichtquelle stärker als ein anderer Teil erhitzt wird, was eine Verkürzung der Lebensdauer der Lichtquelle mit sich bringt, jedenfalls wenn diese Quelle ein Glühdraht ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der eingangs angegebenen Reflektorlampe zu verbessern, indem die von den Reflektoren erzeugte Abbildung der Lichtquelle mit dieser möglichst :weitgehend übereinstimmt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst^ daß der elliptisch gekrümmte Reflektor eine numerische Exzentrizität e/a, von 0,5 bis 0,99 aufweist und daß der elliptisch gekrümmte Reflektor und die hyperboüsch gekrümmte Frontscheibe der Beziehung 4, = /· e²/% entsprechen, in welcher Formel cd, den halben Abstand zwischen den Hauptscheiteln der beiden Zweige der Hyperbel, Ordie halbe Länge der großen Achse der Ellipse und edie halbe Brennweite sowohl der Hyperbel als auch der Ellipse darstellt und, wenn ela,. = 0,5 ist,/ einen Wert zwischen den Grenzwerten 0,84 und 1,14 aufweist, während die Grenzwerte von/sich dem

Wert 1,00 nähern, je mehr e/ß. zunimmt, so daß/zwischen 0,998 und 1.001 liegt, wenn e/eie = 0,99 ist
Zur näheren Verdeutlichung der genannten Symbole sei erwähnt, daß a,. die große Halbachse ist, die in der mathematischen Formel der Ellipse vorkommt:

xVcfc+yt/bl = 1, während <% die große Halbachse der Formel der Hyperbel jc²/^ -f/b\ = 1 ist und e² der Gleichung e¹ = cfc- bl= d + b\ entspricht.

Es wurde gefunden, daß bei Anwendung elliptischer und hyperbolischer Lampenteile, die der gegebenen Beziehung entsprechen, eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades erhalten wird. Diese Verbesserung wird umso größer, je näher der Faktor/an 1 liegt, und ist maximal, wenn/= 1 ist. Im letzteren Fall ist die Abbildung, die die Reflektoren von der Lichtquelle erzeugen, nämlich mit dieser kongruent.

In der nachstehenden Tabelle werden für einige numerische Exentrizitäten die Grenzwerte von/angegeben. Die Grenzwerte von/für nicht genannte numerische Exzentrizitäten können durch Interpolation gefunden werden.

Numerische Exzentrizität e/a,, 0,5 0,7 0,9 0,95 0,99

Grenzwerts von/ 0,84 0,92 0,97 0,99 0.998

0,84	0,92	0,97	0,99	0.998
und	und	und	und	und
1,14	1,07	1,02	1,01	1,002

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Obwohl die Lampenteile eine langgestreckte Form mit elliptischem bzw. hyperbolischem Querschnitt aufweisen können (vgl. Fig. 5 der DE-OS 2514494), sind drehsymmetrische Lampen mit Ellipsoidreflektor und Hyperboloidfrontscheiben in vielen Fällen, u. a. für Projektionszwecke, zu bevorzugen. Bei dieser bevorzugten ÄüsführungsfoiTn sind Reflektor und Frontscheibe daher Umdrehungskörpe-r um die zusammenfallenden Achsen von Ellipsen und Hyperbel.

Da bei einer elektrischen Glühlampe Wärmestrahlung einen größeren Teil der ausgestrahlten Energie als bei anderen eisktrischen Lampen, z. B. Entladungslampen, bildet, wird die Erfindung, vorzugsweise bei Glühlampen angewandt.

Der Glühkörper kann, von einem Innenkolben umgeben, in dem von Reflektor und Frontscheibe begrenzten Raum angeordnet sein. Reflektorlampen werden jedoch bevorzugt, die keinen Innenkolben aufweisen, sondern bei denen das Lampengefäß durch Reflektor und Frontscheibe gebildet wird. Diese Lampen weisen den Vorteil auf, daß keine Verringerung des Wirkungsgrades infolge Reflexion von Wärmestrahlung an der Oberfläche eines Innenkolbens auftreten kann und daß keine Reflexion von Lichtstrahlen an einem Innenkolben stattfindet, wodurch der bündelnde Effekt des elliptischen Reflektors teilweise verloren gehen würde.

Der Glühkörper kann z. B. aus einem um einen runden oder flachen Dom gewickelten Draht oder Band bestehen. Bei Lampen mit einem Ellipsoidreflektor und einer Hyperboloidfrontscheibe verläuft die Symmetrieachse des Glühkörpers vorzugsweise in Richtung der Symmetrieachse der Gefäßteile.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen axialen Längsabschnitt durch eine Reflektorlampe.

Eine Hyperboloidfrontscheibe 1 aus Preßglas ist auf der Innenseite mit einer Infrarot reflektierenden lichtdurchlässigen Schicht 2 versehen. Ein Ellipsoidkörper 3 aus Preßglas weist auf der Innenseite einen Metallspiegel 4 auf. Jie Teile 1 und 3 sind bei 5 vakuumdicht verschmolzen. Ein Wolframglühkörper 6, der mit Stützpolen 7 verbunden ist, ist derart angeordnet, daß die zusammenfegenden Brennpunkte der Frontscheibe 1 und des Reflektors 3,4 innerhalb des Glühkörpers 6 liegen. Die Stiitzpole 7 sind mit Hartlot an MetaHhülsen 9 befestigt, die vakuumdicht mit dem Körper 3 verbunden sind. Ein metallener Lampensockelmantel 10 umgibt eine Glasmasse 11, die an der Endfläche zwei Bodenkontakte 12 aufweist, mit denen Stromleiter 13 verbunden aind. Mit 14 ist ein abgeschmolzener Pumpstengel bezeichnet.

Beispiel

Es wurde eine Lampe nach der Zeichnung hergestellt. Die Hyperboloidfrontscheibe 1 hatte eine Krümmung entsprechend einer H>perbel mit einer halben Brennweite von 33,73 mm und einem a_A-Wert von 30,0 mm. _Die Preßglasfrontscheibe hatte ein Infrarotfilter 2 aus mit Zinn dotiertem Indiumoxid, mit einer Dicke von 0,3 m, einer freien Elektronendichte von 1,3 · 10^2l/cm³ und einer Plasmawellenlänge von 1,1 m. Darauf befand sich ein Interferenzfilter, das die folgenden Schichten enthielt: auf »lern Indiumoxidfilter zunächst e:ine Schicht aus MgFj mit einer Dicke von 0,236 _m, dann eine Schicht aus ZnS mit einer Dicke von QJ17 m, eine Schicht aus MgF2 mit einer Dicke von 0J85 n, eine Schicht aus ZnS mit einer Dicke v>n 0..104 n, eine Schicht aus Mgp2 mit einer Dicke von 0,174 n, eine Schicht aus ZnS mit einer Dicke von 0,104 m, eine Schicht aus MgF₂ mit einer Dicke von 0,185 _m, eine Schicht aus ZnS mit einer Dicke von 0,117 m und eine Schicht aus MgF? mit einer Dicke von 0,101 m.

Der Ellipsoidreflektor 3 war gemäß einer Ellipse mit einer halben Brennv. eite von 38,73 mm und einer halben großen Achse α, von 50,0 mm gekrümmt. Auf die konkave Oberfläche war Aluminium aufgedamjpft. Auf Mn/Ni-Stützpolen 7 war durch Punktschweißen ein Wolframglühkörper mit einer Lange von 1,90 mm und einem Durchmesser von 1,94 mm befestigt;* der dadurch erhalten war, daß ein Draht mit einem Duic'imesser von 0,245 mm mit einer Steigung von 0,33 mm um einen runden Dorn von 1,45 mm gewickelt wurde.

Das durch den Reflektor und die Frontscheibe gebildete Lampengefaß war mit 1 Atm. Krypton gefüllt.

Claims

Patentansprüche:

1. Reflektorlampe mit einer elektrischen Lichtquelle, einem elliptisch gekrümmten Reflektor und einer hyperbolisch gekrümmten lichtdurchlässigen, Wärmestrahlungsreflektierenden Frontscheibe, bei der die Brennpunkte des elliptisch gekrümmten Reflektors mit denen der hyperbolisch gekrümmten Frontscheibe zusammenfallen, beide mit ihren konkaven Seiten einander zugewandt sind und die Lichtquelle die innerhalb des von beiden Teilen umschlossenen Raumes liegenden zusammenfallenden Brennpunkte umgibt, dadurchgekennzeichnet, daß der elliptisch gekrümmte Reflektor (3,4) eine numerische Exentrizität e/dc von 0,5 bis 0,99 aufweist und daß der elliptisch gekrümmte Reflektor (3, 4) und die hyperbolisch ίο gekrümmte Frontscheibe (1,2) der Beziehung m, =/· &Ια, entsprechen, in welcher Formel a/, den halben Abstand zwischen den Hauptscheiteln der beiden Zweige der Hyperbel, o-die halbe Länge der großen Achse

j der Ellipse und e die halbe Brennweite sowohl der Hyperbel als auch der Ellipse darstellt und, wenn

j el ac = 0,5 ist,/einen Wert zwischen den Grenzwerten 0,84 und 1,14 aufweist, während die Grenzwerte von/

sich dem Wert 1,00 nähern, je mehr e/u^zunimmt, so daß/zwischen 0,998 und 1,001 liegt, wenn ela*=0,99 ist

2. Reflektorlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das/den Wert 1 aufweist

3. Reflektorlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elliptisch gekrümmte ReSektor (3, 4) und die hyperbolisch gekrümmte Frontscheibe (1, 2) beide Umdrehungskörper um die zusammenfallenden Achsen der Ellipse und der Hyperbel sind.

4. Reflektorlampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eh'. Glühkörper (6) ist

5. Refisätoriampe nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachse des Glühkörpers (6) in Richtung der zusammenfallenden Achsen des Reflektors (3,4) und der Frontscheibe (1,2) verläuft

6. Reflektorlampe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3, 4) und die Frontscheibe (1, 2) das Lampengefäß für den Glühkörper (6) bilden.