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BESCHRELBUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf Halogenglühlampen.
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Insbesondere betrifft die Erfindung Halogenglühlampen mit konzentriertem
Leuchtkörper sowie den Betrieb von Quarz-Halogenglühlampen, die bei farbigen fotografischen,
kino- und fernsehtechnischen Aufnahmen eine praktisch konstante Lichtfarbe und Lichtstromgösse
während der gesamten Brennzeit ererzeugen sollen.
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Weitgehend sind Halogenglühlampen bekannt (vgl.
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z,B. den sowjetische Urheberschein Nr. 523471, Klasse HOIK I/26, 1973),
die einen in der Art eines langen Rohres ausgeführten und mit einem Gasgemisch gefüllten
Kolben sowie einen mittels Kalter längs der Kolbenachse eingebauten Einfachwendel-
Leuchtkörper enthält.
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Die Enden des Kolben-Arbeitsraumes sind von aussen mit einem Quarzrohr
verbunden, dessen Durchmesser kleiner als der Kolbendurchmesser ist. Das erwähnte
Quarzrohr Verhindert die Aufspaltung des Gasgemisches und ermöglicht den Umlauf
von Konvektionsströmen des Füllgases beim Betrieb von lialogenlampen in vertikaler
Lage. Der Konzentrationsgradient des Halogenzusatzes im oberen Kolbenteil der Halogenlampe
in Bezug auf die Konzentration im unteren Kolbenteil erzeugt im Quarzrohr einen
Gasstrom, der zum Ausgleich des ilalogengehaltes in der ganzen Höhe des Glühlampenkolbens
führt. Am Ausgleich der Halogenkozentration ist aber nur ein Teil der von vektionsströme
in der Nähe der Offnungen in der Nolbenwand beteiligt, die mittels des erwähnten
Rohres verbunden sind. Die Bewegung der anderen Konvektionsstrbme tragt aber nicht
zum Ausgleich der Halogenkonzentration an Kolbenenden bei. Dadurch wird die Aufspaltung
des Gasgemisches in Komponenten begünstigt, was zum Kolbenschwärzen und zur Abschwächung
des Lichtstromes führt.
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Weitgehend bekannt sind auch Halogenglühlampen
(vgl.
z.B. den Katalog "Glühlampen", 1978, 09.30.26-78, s. 74, herausgegeben von "Informelektro")
mit unterteiltem Mono- bzw. Biplanar-Leuchtkörper und einem Kolben, der mit einem
Gemisch von Edelgas und halogenhaltigem Stoff gefüllt ist. Im unteren Kolbenteil
sind Stromzuführungen hermetisch eingeschmolzen, an denen eine obere und eine untere
Brücke befestigt sind. Der unterteilte Monoplanar-Leuchtkörper ist zwischen der
oberen und der unteren Brücke mit den Stromzuführungen fest verbunden. Die Uberhitzung
der vakuumdichten Binschmelzung der Stromzuführung verhindert ein flacher Wärmeschirm,
der in einem Abstand von den Nolbenseitenwänden zwischen der unteren Brücke und
der hermetischen Einschmelzstelle der Stromzuführungen im Kolben angeordnet ist.
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Beim Betrieb der Lampe entstehen Konvektionsströme des 3delgas- und
dalogengemisches, die zur puppe des kolbens langs der Leuchtkörperflache aufsteigen
und sich längs der Kolbenwand zum Wärmeschirm hin abwärts bewegen.
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Infolge des vorhandenen Wärmeschirmes bildet sich im Kolbenraum hinter
diesem Schirm eine kältere Zone.
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Das Halogen bewegt sich radial vom Leuchtkörper zur Kolbenwand infolge
der Thermodiffusion, wird vom niedergehenden Konvektionsstrom mitgezogen und gelangt
teilweise in die kältere Zone hinter dem Vlärmeschirm durch den Spalt zwischen der
Kolbeninnenwand und dem Rand des Wärmeschirmes. Der Konvektionsstrom des Gasgemisches
bewegt sich dann über dem Wärmeschirm nach oben längs der Beuchtkörperflache und
beschreibt somit einen geschlossenen Kreislauf.
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Das dem Regenerationszyklus entzogene Halogen v;irkt nicht mehr im
weiteren Vorgang mit, wobei die Schwärzung der Kolbenwände und Verkürzung der nutzbaren
Lebensdauer der Halogenglühlampe die Folgen sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Halogenglühampe
zu entwickeln, bei der die konstruktive Ausführung des Wärmeschirmes eine intensive
Durehmischung des Gasgemisches ermöglicht und dadurch eine längere nutzbare Lebensdauer
der Lampe ergibt.
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Diese Aufgabe wird gelöst, indem in der lalogenglühlampe mit einem
Kolben, der mit einem Gemisch von Edelgas und halogenhaltigem Stoff gefüllt ist
und im unteren Teil hermetiseh eingebaute Stromzuführungen aufweist, sowie mit einem
Leuchtkörper, der zwischen einer oberen und einer unteren an den Stromzuführungen
befestigten Brücke starr eingebaut ist, und mit einem Wärmeschirm, der zwischen
der unteren Brücke und der hermetischen Verbindung der Stromzuführungen und des
kolbens in einem Abstand von den Seitenwänden des Kolbens angeordnet ist, erfindungsgemäss
eine Zentralöffnung im Wärme schirm vorgesehen wird.
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Zwecks geringerer Beeinflussung der Gasgemisch--Durchmischung durch
Wirbelströmungen ist es zweckmässig, den Wärmeschirm in Form eines Stumpfkegels
auszuführen, in dessen oberer Grundfläche die Zentralöffnung vorgesehen ist.
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Zum Ausgleich der Malogenkonzentration in der kälteren Zone der Lampe
kann die letztere zweckmässigerweise mit einer unter dem Wärmese starr befestigten
Röhre ausgestattet werden, deren oberes Ende der Zentralöffnung des Wärme schirms
zugewandt ist und deren unteres Ende an der hermetischen Verbindungsstelle der Stromzuführung
und des Kolbens angeordnet ist.
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Zweckmässig ist es auch, die Röhre mit einem Querschnitt auszführen,
der in Richtung zu ihrem oberen Ende abnimmt.
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Zur Steigerung der Geschwindigkeit der Gasgemischbewegung und zum
Ausgleich der Halogenkonzentration ist es zweckmässig, die Querschnittsfläche des
oberen Endes der Röhre um das 2- bis 5-fache kleiner als die Querschnittsfläche
der Offnung im Wärmeschirm zu ählen.
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Von Vorteil ist auch die feste einspannung der Röhre mittels einer
Wendel, die den mittleren Teil der Röhre dicht umfasst und mit ihrem geradlinigen
Ende mit der Stromzufüh-r.ung verbunden ist.
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Die terw.endung der Erfindung gewährleistet die mitwirkung des ganzen
im Kolbenvolumen vorhandenen Halogengehalts an dem im Kolbenraum ablaufenden Regenerationszyklus
und damit eine Erhöhung der nutzbaren Lebensdauer der Lampe.
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Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung von konkreten
Ausführungsbeispielen und anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Hierbei
zeigen : Fig. 1 eine Halogenlühlampe gemäss der Erfindung (Seitenansicht mit Teilschnitt);
Fig. 2 eine andere Ausführungsvariante der Halogenglühlampe gemäss der Erfindung
(Seitenansicht mit Teilschnitt); Fig. 3 eine weitere Ausführungsvariante der Halogenglühlampe
gemäss der Erfindung (Seitenansicht mit Teilschnitt).
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Die Halogenglühlampe enthält einen kolben 1 (Fig.l), der mit einem
Gemisch von Edelgas und halogenhaltigem Stoff gefüllt ist. Im unteren Teil des Kolbens
1 sind Stromzuführungen 2 hermetisch eingebaut, An den Stromzuführungen 2 sind eine
obere Brücke 3 und eine untere Brücke 4 befestigt. Zwischen der oberen Brücke 3
und der unteren 3rücke 4 ist ein Beuchtkörper 5 starr eingebaut. Die Lampe enthält
auch einen Wärmeschirm 6, der zwischen der unteren 3rücke 4 und der hermetischen
Verbindungsstelle der Stromzuführungen 2 und des Kolbens 1 in seinem unteren Teil
angeordnet ist. Im mittleren Teil des Wäfleschirms 6 ist eine Offnung 7 vorgesehen,
die eine sehr intensive Durchmischung des Gasgemisches gewährleistet, Zur effektiverer
Ausnutzung des durch die Zent-
ralöffnung 7 des Wärmeschirms 6 aufsteigenden
Gasstromes und zur Herabsetzung des dem Gas strom entgegenwirkenden Widerstandes
weist der Wärmeschirm 6 (Fig. 2) einen dem Leuchtkörper 5 zugewandten Vorsprung
P in der Art eines stumpfkegels auf. Die Offnung 7 befindet sich dabei in der oberen
Grundfläche des kegelförmi,en Vorsprunges 8.
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In der anderen Ausführungsform enthalt die Halogenglühlampe eine
Quarzglasröhre @ (Fig. 3), die unter dem Wärmeschirm 6 befestigt ist. Das obere
Ende der Röhre 9 ist der Zentralöffnung 7 im Wärmeschirm 5 zucewandt. Das untere
Ende der Rohre 9 befindet sich in der Nähe der hermetischen Verbindung der Stromzuführungen
2 mit dem olben 1.
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Die Röhre 9 kann auch verwendet erden, falls der Wärmeschirm 6 mit
dem Vorsprung 8 in Form eines Stumpfkegels ausgeführt wird.
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Zur Erhöhung der Geschwindigkeit der mit Halogen angereicherten Gasgemischströmung
von den Stromzuführengen 2 zum Leuchtkörper 5 nimmt der Querschnitt der Röhre 9
in Richtung ihres der Zentralöffnung 7 des Wärmeschirme 6 zugewandten oberen Endes
ab.
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Die Querschnittsfläche des oberen Endes der Röhre 9 ist um das 2-
bis 5-fache kleiner als die Fläche der Zentralöffnung 7 im Wärmeschirm 6. Dies ist
durch thermische Betriebsbedingungen von Quarz-llalogenglühlampen - durch eine Temperaturverteilung
in der Höhe des Lampenkolbens 1 bedingt.
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Die Röhre 9 wird im Kolben l mittels einer Wendel 1O befestigt, die
den mittleren Teil der Röhre 3 dicht umfasst. Das geradlinige Ende der Wendel 10
ist rnft der Stromzuführung 2 verbunden.
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Die 'Ialogenglühlampe funktioniert wie folgt.
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Im eingeschalteten Zustand der Halogenlampe entstehen im Innenraum
des Kolbens 1 (Fig. 1) geschlossene Konvektionsströme des Gasgemisches, die längs
des Leuchtkörpers 5 zur Kuppe des Kolbens 1 aufsteigen und
sich
längs der kolbenwand zum Wärmeschirm abwärts beween. Unter Einwirkung der hohen
Temperatur wird der halogenhaltige Stoff aufgespalten, wobei Halogen für die Teilnahme
am Regenerationszyklus frei wird. Infolge der Thermodiffusion bewegt sich das Halogen
zur kälteren Zone hinter dem Wärmeschirm 6 hin. Seine Konzentration im Raum um den
Leuchtkörper 5 könnte dabei ungenügend erden, wobei eine Schwärzung der Kolbenwand
durch Wolframanflung, eine Abschwächung des Lichtstromes und eine Verkürzung der
Lebensdauer der Lampe die Folgen wären. ;)ie längs des Leuchtkörpers 5 aufsteigenden
Gasgemischströme saugen aber das mit Halogen angereicherte Gasgemisch durch die
Zentralöffnung 7 im Wärmeschirm 6 ein. Im Ergebnis erfolgt eine intensive Durchmischung
des Gasgemisches im Arbeitsraum mit dem aus der kälteren Zone hinter dem Wärmeschirm
6 zuströmenden Gasgemisch, wobei die Malogenkonzentration im ganzen Raum des Kolbens
1 ausgeglichen wird und die Schwärzung der holbenwände verhindert wird, Der Wärmeschirm
6 wird-in der Regel aus einem dünnen Werkstoff hergestellt, und deswegen setzt seine
Offnung 7 einen bestimmten Widerstand der gerichteten Bewegung der Gasgemischströmung
entgegen. Die Herabsetzung dieses Widerstandes, die beseitigung von Turbulenzen
der Gasströmung und ihre exakte Lenkung in Richtung des Leuchtkörpers 5 erreicht
man mittels des kegelstumpf förmigen Vorsprunges 8 (Fig. 2), welcher dem Leuchtkörper
5 zugewandt ist und in seiner oberen Grundfläche die Offnung 7 aufweist.
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In der kälteren Zone hinter dem ë.r.neschirm 6 ist die Halogenkonzentration
im Gasgemisch infolge des Temperaturgradienten nach der Höhe verschieden, am Wärmeschirm
6 ist sie also etwas schwächer als in der Nähe der Stromzuführungen 2.
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Durch die Röhre 9 (Fig. 3), die zwischen der hermetrischen Verbindung
der Stromzuführungen 2 mit dem
Kolben 1 und dem Wärmeschirm 6 koaxial
zu seiner Offnung 7 eingebaut ist, saugen die im Arbeitsraum. der Lampe umlaufenden
Konvektionsströme des Gasgemisches das am stärksten mit Halogen angereicherte Gasgemisch
aus dem kälteren Kolbenraum der Lampe ein, weil das untere Ende der Röhre 9 in der
Zone mit der stiirksten Halogenkonzentration liegt. Eine noch intensivere Durchmischung
des Gasgemisches wird dadurch erreicht, dass der Querschnitt der Röhre 9 mehr als
doppelt so klein v;ie die Fläche der Offnung 7 im Wärmeschirm 6 ist. Dieses Verhaltnis
des Röhrenquerschnitts und der Fläche der Offnung 7 ergibt eine höhere Geschwindigkeit
des durch die Röhre 9 strömenden Gasgemisches.
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Zur Gewährleistung der Betriebsfähigkeit von Halogenglühlampen muss
die mittlere Gasgeischtemperatur bei 600°C und die Temperatur der Stromzuführungen
2 bei 300°C liegen, Ausgehend von der Bedingung der Gasstrahlkontinuität und mit
Berücksichtigung der verschiedenen Halogenkonzentration in der Itöhe des lSolbenraumes
hinter dem Wärmeschirm 6 muss die Geschwindigkeit der Gasströmlmg zwecks grösster
Effektivität beim einsaugen des Gasgemisches in die Arbeitszone mindestens um das
zweifache erhöht werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Fläche der Ausgangsöffnung
im oberen Ende der Röhre 9 in Bezug auf die Fläche der Offnung 7 im Wärmeschirm
6 höchstens die Hälfte beträgt.
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Wenn der Querschnitt des oberen Endes der Röhre 3 mehr als um das
5-fache verkleinert wird, steigt der dem Gasstrahl entgegenwirkende Widerstand,
wobei das Halogen als schwerer Bestandteil des Gasgemisches nicht durch die Röhre
sondern hauptsächlich durch die Offnung 7 im Wärmeschirm 6 einströmt.
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Bei der Benutzung der vorgeschlagenen Halogenglühlampe erreicht man
eine hohe, mehr als bei 98% liegende Lichtstromstabilita?t und dadurch eine gleichbleibende
Qualität von Aufnahmen und Bildern bei farbi-
gen fotografischen,
Kino- und Fernsehreportagen und Vorführungen. Die intensive Durchmischung des Gasgemisches
im Kolbenraum der Lampe verhindert die Schwärzung der Kolbenwände und erhöht die
nutzbare Lebensdauer der Lampe um mehr als 50%.