DE3110395A1

DE3110395A1 - Halogengluehlampe

Info

Publication number: DE3110395A1
Application number: DE19813110395
Authority: DE
Inventors: Eduard Jozef Philomena 5621 Eindhoven Janssen; Gustaaf François René Siaens
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-03-21
Filing date: 1981-03-18
Publication date: 1982-04-15
Also published as: NL179957C; JPS56145653A; GB2072416B; BR8101590A; FR2478877B1; IT1168112B; IT8120408A1; IT8120408A0; HU186388B; BE888028A; NL8001670A; CA1165800A; NL179957B; FR2478877A1; GB2072416A

Description

ΐ», V ^Γ .'.ι::[.-. . -'.,ι·.... ·'.""" γ;. "' '" "' " J I I UJvJO PHN 9719 11.11.1980

"Halogenglühlampe".

Die Erfindung betrifft eine Halogenglühlampe mit einem Wolframglühkörper und einem Quarzglaslampenkolben, der mit einem halogenhaltigen inerten Gas gefüllt und mit einer Quetschung abgeschlossen ist, in die zumindest eine Metallfolie eingebettet ist, an deren Enden ein innerer Stromleiter zum Glühkörper und ein äusserer Stromleiter durch Sclrweissen verbunden sind, welche Lampe eine in einem von der Quetschung begrenzten Raum angeordnete Thermosicherung hat. Eine derartige Lampe ist aus der US— PS 3 264 516 bekannt.

Halogenglühlampen haben üblicherweise eine Gasfüllung mit einem Druck von etwa 1 bar oder darüber, der im Betrieb um den Faktor h bis 5 ansteigt. ¥enn am Ende der Lebensdauer einer derartigen Lampe der Glühkörper oder¹ ein

innerer Stromleiter durchschmilzt, entsteht ein Entladungsbogen in der Lampe, der eine hohe Stromstärke auslöst und in die Quetschung eindringen kann. Die schnelle Verdampfung der in die Quetschung aufgenommenen Metallteile bewirkt dabei ein Springen der Quetschung, wobei die Lampe

durch den hohen Gasdruck explodiert. Dieser Vorgang geht so schnell, dass die Anwendung einer externen Thermosicherung eine Explosion der Lampe nicht mit Gewissheit verhütet. Ausserdem sind viele Leuchten nicht mit einer Sicherung ausgestattet.

Bei der aus der US-Patentschrift bekannten Lampe

schliesst sich an das dem Glühkörper abgewandte Ende der Quetschung ein Hohlraum an, der von einer zweiten Quetschung abgeschlossen ist. In diesem Raum erstreckt sich ein dünner Leiter, der einerseits über einen dickeren Leiter mit der

Folie in der Quetschung der Lampe und zum anderen mit einer

ausserhalb des Lampenkolbens liegenden Kontaktkappe verbunden ist. Dieser dünne Leiter wirkt als Thermosicherung. Dom Aufbau der bekannten Lampe haften einigen

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Nachteile an. Die Herstellung der Lampe ist wesentlich aufwendiger als die von Lampen ohne Sicherung. Es werden mehr und andere Teile als in Lampen ohne Sicherung benutzt. Der Thermosicherheitsdraht muss sehr dünn sein, weil sonst wegen der grossen Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Quarzglas und Metall keine vakuumdichte zweite Quetschung um den ^: Draht herum hergestellt werden kann. Eine vakuumdichte Abschliessung ist jedoch notwendig zur Vermeidung von Korrosion des Drahts. Der geringe Durchmesser des Drahts - eine vakuumdichte Abschliessung ist an Drähten bis zu etwa 100 /um Durchmesser möglich - bewirkt Energieverlust. Der Aufbau ergibt mit einem zusätzlichen Raum für die Thermosicherung mit einer Länge von 20 mm und einer zusätzlichen Quetschung am betreffenden Ende des Lampenkolbens eine wesentlich längere Lampe. Weiter müssen Massnahmen getroffen werden, um zu vermeiden, dass der Thermosicherheitsdraht an seinen aus der zusätzlichen Quetschung herausragenden Teilen korrodiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lampe mit einer eingebauten Thermosicherung zu schaffen, bei der diese Nachteile beseitigt sind, das heimt eine Lampe, die trotz einer eingebauten Thermosicherung nicht mehr oder andersartige Teile als eine vergeichbare Lampe ohne Thermosicherung zu enthalten braucht.

Diese Aufgabe wird bei einer Lampe der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass der Raum innerhalb der Quetschung ausgespart ist und durch ihn ringsherum vom Quarzglas der Quetschung freier Teil des inneren Stromleiters verläuft.

Unter Quarzglas sei hier Glas mit einem Siliziumdioxidgehalt von mindestens 95 G-ew.°/o verstanden.

Wenn durch das Durchschmelzen des GlUhkörpers oder eines inneren Stromleiters ein Entladungsbogen im Aussenkolben entsteht, in dem der Glühkörper angeordnet ist, steigt der Strom durch die Lampe und damit durch die inneren Stromleiter stark an. Da zumindest ein innerer ^c tromleiter über einen Teilseiner Länge im Raum, innerhalb

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der Quetschung ringsherum frei von Glas ist, hat der kräftige Strom durch diesen inneren Stromleiter einen grösseren Temperaturanstieg zur Folge, als wenn dieser Stromleiter im Glas der Quetschung eingebettet wäre und somit durch dieses Glas gekühlt werden würde. Infolgedessen schmilzt der Leiter sehr schnell durch. Es zeigt sich, dass im Raum innerhalb der Quetschung sich kein Entladungsbogen bildet, möglicherweise weil die Temperatur in diesem Raum, die nur durch einen engen, bei der Her— stellung der Quetschung gebildeten Kapillarkanal mit dem Hohlraum des Lampenkolbens in Verbindung steht, viel niedriger ist als im Lampenkolben selbst, in dem der Glühkörper angeordnet ist.

Die Schweissung des inneren Stromleiters an der Metallfolie, die im allgemeinen aus Wolfram oder Molybdän besteht, kann ausserhalb des Raums liegen, der innerhalb der Quetschung ausgespart ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemääsen Lampe liegt diese Schweissung jedoch ebenfalls in dem in der Quetschung ausgesparten Raum. ¥eil das Anschweissen von ¥olfram an eine Wolfram- oder Molybdänfolie schwierig ist, ist es nicht ausgeschlossen, dass ausser vielen guten, auch einige mangelhafte Schweissungen erhalten werden. Durch hohe Ubergangswiderstände können dann bei Stromdurchgang hohe Temperaturen entstehen, die zum Sprung der Quetschung führen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Lampe wird diese Gefahr ebenfalls behoben.

Die erfindungsgemäase Lampe bietet nicht nur den Vorteil, dass keine zusätzlichen Teile im Vergleich zu ungesichterten Lampen erforderlich sind und dass die Thermosicherung durch den vakuumdichten Abschluss der Lampe selbst von der Aussenatmosphäre abgeschlossen ist, so dass sie nicht korrodieren kann, sondern auch den Vorteil, dass stark unterschiedliche Ausführungsformen üblicher innerer

Stromleiter benutzt werden können. So kann der gerade Schenkel eines einfach gewickelten Glülikörpers oder ein einfach gewickelter Schenkel eines zweifach gewickelten

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Glühkörpers als innerer Stromleiter verwendet werden. Zum anderen ist es möglich, den inneren Stromleiter als geraden, an einem oder an beiden Enden schraublinienförmig gewickelten Draht oder als vollständig schraublinienförmig gewickelten Draht auszubilden, der in oder um ein Ende des Glühkörpers geschraubt 1st. Bei einem zweifach gewickelten Glühkörper kann weiter ein einfach gewickelter Schenkel auf einen geraden Draht geschoben, darauf geplättet oder damit verschwelest werden. In Fällen, in denen ein innerer Stromleiter an der Stelle, an der er mit der Metallfolie verschweisst wird, schraublinienförmig gewickelt ist, wird häufig ein gerades Drahtstück in den inneren Stromleiter hineingesteckt, um die Herstellung einer Verschweissung mit der Metallfolie zu erleichtern. Ein derartiges Drahtstück kann bei einem Aufbau unterbleiben, bei dem an der Stelle, an der die Schweissung hergestellt wird, eine zweite ¥indungsschicht auf dem schraublinienförmig gewickelten inneren Stromleiter angebracht ist. Die zweite Windungsschicht kann aus dem gleichen Draht wie die erste Schicht gebildet sein. Dies kann sowohl der Fall sein, wenn der innere Stromleiter ein Schenkel des Glühkörpers ist, als auch, wenn der innere Stromleiter ein getrennter Teil ist. Bei der Herstellung des inneren Stromleiters wird der Wicklungsdraht dann, nachdem die erste Windungsschicht hergestellt ist, mit entgegengesetzter Steigung um die erste Schicht gewickelt, worauf nach Bedarf mit der ursprünglichen Steigung eine dritte Windungsschicht angebracht werden kann. Letztere Ausführungsform hat den Vorteil, dass verschiedene miteinander verbundene Glühkörper in einem Vorgang erhalten werden, die dann voneinander getrennt werden.

Bei Lampen mit einer langen Soll-Lebensdatier besteht dde Gefahr, dass der im Lampenkolben verlaufende Teil des inneren Stromleiters vom Halogen der Gasfüllung

angegriffen wird. Dieser Angriff kann eine derartige örtliche Verringerung des inneren Stromleiters zur Folge haben, dass die Lampe infolge Durchschmelzen dieses Strom-

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leiters vorzeitig erlischt.

Erfindungsgemässe Lampen bieten die Möglichkeit zum Aufbau des inneren Stromleiters unter Berücksichtigung

der Anforderungen, die abhängig vom Lampentyp an diesen κ

Stromleiter für den guten Betrieb der Lampe gestellt werden, wie einen Mindestdrahtdurchmesser dieses Leiters. Es hat sich herausgestellt, dass der Drahtdurchmesser des inneren Stromleiters grosser als der Draht durchmess er des G-lühkörpers sein darf, so dass die Anzahl der Betriebsstunden, in der der innere Stromleiter so stark angegriffen wird, dass er schmilzt, auf die Soll-Lebensdauer des Glühkörpers abgestimmt werden kann. So wurde beispielsweise mit inneren Stromleitern mit einem um 2Q°/o grösseren Drahtdurchmesser als der Drahtdurchmesser des Giühkörpers eine zuverlässige

ThermoSicherung in der erfindungsgemässen Lampe erhalten.

Da bei erfindungsgemässen Lampen die Verwendnng dünnerer Leiter als normal sowie die Verwendung zusätzlicher Teile vermieden werden kann,können mechanisch starke Lampen auf einfache Weise hergestellt werden und trotzdem

eine eingebaute Thermosicherung haben. Der Thermosicherungsaufbau der erfindungsgemässen Lampen ermöglicht es daher, die Lampen als Einquetschungs- als auch als Zweiquetschungslampen auszuführen. Dabei können bei Einquet-

schungslampen beide innere Stromleiter zum Glühkörper durch 25

den in der Quetschung ausgesparten Raum gehen oder nur einer der beiden. Bei Zweiquetschungslampen können beide innere Stromleiter durch einen in den entsprechenden Quetschungen ausgesparten Raum gehen.

Ein in der Quetschung ausgesparter Raum, durch 30

den der innere Stromleiter ringsherum frei vom Glas der Quetschung hindurchgeht, bewirkt eine stellenweise Erhöhung auf der Quetschungsoberflächen. Sie wird dadurch erhalten, dass die Quebschblöcke, mit denen die Quetschung hergestellt wird, mit einer Ausnehmung versehen werden. Die Er-35

höhung und damit der dadurch ausgepaste Raum erstreckt sich vorzugsweise im wesentlichen Über die ganze Breite der Quetschung, so dass der ausgesparte Raum möglichst gross

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ohne nennenswerte Vergrösserung der Gesamtlänge der Lampe ist.

Es sei bemerkt, dass bei erfindungsgemässen Lampen, wie dies stets bei Lampen mit einer als Stromdurchführung in die Quetschung aufgenommenen Metallfolie der Fall ist, der vakuumdichte Abschluss des Lampenkolbens in jener Zone der Quetschung verwirklicht ist, die zwischen den Schweisstellen auf der Metallfolie liegt.

Es sei weiter bemerkt, dass in der bereits 1935 veröffentlichten DE-PS 646 240 eine Lampe für allgemeine Beleuchtungszwecke beschrieben ist, die ebenfalls mit einer Thermosicherung versehen ist. Die Lampe hat, die Thermosicherung ausgenommen den jetzt noch für Allgebrauchslampen üblichen Aufbau, bei dem der Lampenkolben mit einem Teller-IS gestell verschmolzen ist, dessen im Lampenkolben liegendes Ende mit einer Quetschung um Drähte mit angepassten Ausdehnungskoeffizienten, die als Stromdurchführungen arbeiten, gasdicht abgeschlossen ist. An den Stromdurchführungen sind innere und aussere Stromleiter angeschweisst. Bei dieser ^" bekannten Lampe besteht die Thermosicherung, anders als bei den heutigen Allgebrauchslampen aus einem vom Glas der Quetschung freiliegenden Mittelteil einer dieser Stromdurchführungsdrähte, der dünner ist als der andere Stromdurchführungsdraht und deshalb während Betrieb der Lampe mehr Energie dissipiert.

In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass wenn, wie experimentell festgestellt wurde, bei Halogenglühlampen die Stromzuführung (die Metallfolie) auf entsprechende Weise mit ihrem Mittelteil frei vom Glas in einen ausgesparten Raum innerhalb der Quetschung· aufgenommen würde,-keine zuverlässige Thermosicherung gebildet wird. Austeile einer Anregung, zur erfindungsgemässen Lampe zu kommen, bildete die bekannte Lampe daher sogar ein Hindernis.

Die erfindungsgemässen Lampen eignen sich insbe-

sondere als Netzspannungslampen. Sie können u.a. als Theater-Film-, Studio- und Photolampen verwendet werden.

Einige Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer

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Halogenglühlampen werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Lampe in Seitenansicht,

Fig. 2 eine Abwandlung der Lampe nach Fig. 1, über 90 . um ihre Achse gedreht, in axialem Schnitt,

Fig. 3 eine zweite Ausftlhrungsform einer Lampe in Seitenansicht,

Fig. h eine Einquetschungslampe in Seitenansicht, Fig. 5^a eine dritte Ausführungsform einer Zweiquetschungslampe in Seitenansicht,

Fig. 5t> eine schematische Darstellung eines Teils

der Fig. 5^a

Fig. 6 eine vierte Ausführungsform einer Zweiquetschungslampe in Seitenansicht.

In Fig. 1 ist ein Quarzglaskolben 1 durch zwei Quetschungen 2 abgeschlossen. Im Hohlraum 3 des Kolbens 1, der mit inertem Gas und mit Bromwasserstoff gefüllt ist, ist ein ¥olframglühkörper h angeordnet, der durch Träger 5 zentriert wird. In jede der Quetschungen 2 ist eine Molybdänfolie 6 als Stromdurchführung aufgenommen, an der ein Schenkel 7 des Glühkörpers 4 durch eine Schweissung 8 befestigt ist. iussere Stromleiter 9 sind durch eine Schweissung 10 an den Folien 6 befestigt. Innerhalb der Quetschungen 2 ist ein Raum 11 gebildet, in dem ein Teil 12 der inneren Stromleiter 7 frei vom Glas der entsprechenden Quetschung 2 liegt. In Bereich der Zone 13 ist die Quetschung 2 vakuumdicht. Der Raum 11 steht mit dem Hohlraum 3 des Lampenkolbens 1 durch einen Kapillarkanal um den inneren Stromleiter 7 herum in Verbindung, welcher Kanal nach dem Quetschen dadurch entstanden ist, dass der Wolframleiter 7 einen grösseren Ausdehnungskoeffizienten als das Quarzglas des Lampenkolbens hat und deshalb mehr geschrumpft ist.

In Fig. 2, in der gleiche Bezugsziffern gleiche Teile nach Fig. 1 bezeichnen, ist die Quetschung 2 den Quetschungen nach Fig. 1 identisch, jedoch ist die Quetschung-22 eine herkömmliche Quetschung, in der der innere Strom-

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leiter 27 in das Glas der Quetschung eingebettet ist. Mit i4 ist eine Erhöhung der Quetschungsoberfläche der Quefcscliung 2 bezeichnet, die durch den in der Quetschung 2 befindlichen Hohlraum 11 entstanden ist.

Iri fig. 3 hat der Lampenkolben 31 eine Quetschung

32. Im Kolbenraum 33 ist ein Glühkörper 3k, zentriert von einem Traget¹ 35» angeordnet. In die Quetschung 32 ist eine Metallfolie JS eingebettet, mit der ein zum grössten Teil schraublinienförmig gewickelter Draht 37 bei 38verschweisst -wird. Der Draht 37 ist als innerer Stromleiter, in den Glühkörper P>K geschraubt. Ein äusserer Stromleiter 39 ist bei 4o mit der Folie j6 verschweisst. In- dor Quetschung 12 befindet sieh ein Hohlraum 41, in dem die Sehweissüng 38 zwischen der "Folie 36 und dem inneren Stromleiter 37 liegt.

Ein Teil 42 dieses inneren Stromleiters 37 ist in diesem Hohlraum 4i.ringsherum frei vom Glas. . ;

In;Fig. 4 hat der Lampenkolben 51 nur eine Quetschung 52, in die zwei Metallfolien 56 eingebettet sind, an denen äusseie Stromleiter 59 durch eine Schweissüng 60 befestigt sind. Innere Stromleiter 57 haben in einem Ende einen darin;eingesteckten Wolframdraht 63," der durch

Schweissenniit einer Metallfolie 56 verbunden ist. Ein Teil 62 einer der Stromleiter 57 liegt ringsherum frei vom umgebenden Glas in einem in der Quetschung 52 befindlichen geschlossenen Hohlraum 61. Die inneren Stromleiter 57 sind je in den Glühkörper ^h eingeschraubt, der von einem Haken ^ unterstützt ist. . ■"·'■■ .

In Fig. 5a ist im Kolbenraum 73 des Lampenkolbens 71 eine Glühkörper 74 angeordnet, dessen Schenkel 77 den inneren Stromleiter bilden. Der Schenkel 77 besteht aus drei WindungsSchichten des Drahtes, aus dem der Glühkörper 74 gewickelt, ist. Der Schenkel 77 wird dadurch erhalten (sieiie Fig. 5b), dass auf einem Teil 77a Windungen mit entgegengesetzter Steigung als zweite Schicht 77^> und darauf eine dritte Windungsschicht 77c mit der ursprünglichen Steigung angebracht werden.

Das Ende 82 des inneren Stromleiters 77 ist in

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einen in der Quetschung 72 gebildeten geschlossenen Raum 81 aufgenommen, in dem er ringsherum frei vom Glas liegt und mit einer Molybdänfolie J6 verschweisst ist, an die ebenfalls ein äusserer Stromleiter 79 angeschweisst ist.

In Fig. 6 bezeichnen entsprechende Bezugsziffern gleiche Teile wie in Fig. 5. In den Schenkel 83 des Glühkörpers 74 ist ein Draht 84 eingesteckt, der mit der Folie 76 verschweisst ist. Der Draht verläuft nahezu bis zum Glühkörper 74 und ist an einer im Raum 81 liegenden Stelle mit dem Schenkel 83 verschweisst. Der Draht 84 und der Schenkel 83 bilden zusammen einen inneren Stromleiter, der im Raum 81 ringsherum frei vom Glas der Quetschung JZ liegt.

Beispiele:

1. Eine Lampe, die bei 220-230 V 500 ¥ aufnahm, war an beiden Ende gemäss Fig. 6 ausgeführt und hatte einen Glühkörper, der aus Wolframdraht von 121 /um Durchmesser gewickelt war. In einen jeden der Schenkel (83) des Glühkörpers (innendurchmesser der Windungen der Schenkel 190

/um) war ein Wolframdraht (84) von 14O /um eingesteckt und darin durch das Plätten einiger der Findungen befestigt. Die Länge der in jeder Quetschung ausgesparten geschlossenen Räume (81) in Achsrichtung der Lampe betrug 6 mm. Die

Grösste Höhe dieser Räume (senkrecht zur Quetschung gemes-.

senj betrug 2,5 mm· Die Schweissungen der ¥olframdrähte

(84) an den Folien (76) lagen in den in der Quetschung befindlichen Räumen (Hi). Die Lampe war mit 99,7 VoI "fa Ar und 0,3 Vol. io CHoBr auf einem Druck von 2,5 χ 10-⁵ Pa

gefüllt und enthielt weiter 5 mg Jod. .

2. Eine Lampe, die bei 220/230 V 3OO V aufnahm, war an beiden Enden gemäss Fig. ^a. ausgeführt. Der Glühkörper war aus Wolframdraht von 82 /um Durchmesser gewickelt (innendurchmesser der Primärwindungen 111 /van) . Auf den Schenkeln (77) des Glühkörpers war der Wickeldraht hin und her gewickelt (Fig. 5^) » so dass drei Windungslagen vorhanden waren. Die Schenkel (77) waren als Innenstromlei ter an je einer Molybdänfolie ange—

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schweisst. In jeder der Quetschungen (72) war ein geschlossener Hohlraum (81) von k mm Länge und mit einer Höhe von 2,5 mm ausgespart, in der sich auch die Schweissung an der Molybdänfolie beland. Die Lampe war mit 99»^ Vol. °/o Ar und 0,2 Vol. °/o CH Br„ auf einem Druck von 2,5

έ et

χ 10 Pa gefüllt und enthielt weiter 5 mg Jod.

Beide Lampen waren zur Verwendung als Scheinwerferlampe be s timmt.

Einige Zehn von jeden dieser Lampentypen wurden auf die Wirksamkeit der Einbausicherung geprüft. Dabei wurde im Betrieb der Lampen der Glühkörper mit einem Laser durchgebrannt. Die Thermosicherungen sprachen an und schalteten die Lampen nahezu sofort aus.

Einige Lampen beider Typen wurden mit einem Glühkörper hergestellt, der über ein Viertel seiner Länge mit Hilfe eines darin eingesteckten Doms kurzgeschlossen war. An die Lampen wurde eine Spannung von 280 V angelegt. Nahezu sofort, innerhalb von wenigen Millisekunden, schmolzen die eingebauten Sicherungen durch.

Leerseite

Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

1/ Halogenglühlampe mit einem Wolframglühkörper und einem Quarzglaslampenkolben, der mit einem halogenhaltigen inerten Gas gefüllt und mit einer Quetschung abgeschlossen ist, in die zumindest eine Metallfolie eingebettet ist, an deren Enden ein innerer Stromleiter zum Glühkörper und ein ausserer Stromleiter durch Schveissen verbunden sind, welche Lampe eine in einem von der Quetschung begrenzten geschlossenen Raum angeordnete Thermosicherung hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (11; hl; 61; 8i) innerhalb der Quetschung (2; 32; 52; 72) ausgespart ist und durch ihn ringsherum vom Quarzglas der Quetschung freier Teil (12; 42; 62; 82; 84) des inneren Stromleiters (7; 37; 57; 77; 83) läuft.
2. Halogenglühlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissung (38) des inneren Stromleiters ( 37) an der Metallfolie (36) in dem in der Quetschung (32) ausgesparten Raum (hh) liegt. 3· Halogenglühlampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden inneren Stromleiter ringsherum frei vom Quarz der Quetschung durch den in einer Quetschung ausgesparten Raum führen.