DE60222257T2 - Lampengehäuse - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gebrauch beim Kühlen von Lampen und insbesondere ein Lampengehäuse, das so gestaltet ist, daß eine Lampe, z. B. in einem Bildprojektor, durch einen Lüfter geeigneter Art optimal gekühlt werden kann.
• Derzeit besteht auf dem Markt Bedarf an geräuschloseren und kompakteren Projektoren. Da erwünscht ist, die Lichtstärke trotz abnehmender Größe des Bildprojektors beizubehalten, und da offenbar keine Änderungen der relevanten optischen Technologie unmittelbar bevorstehen, bleibt der Wärmeverlust des Projektors (oder die durch einen Projektor erzeugte Wärmemenge) in absehbarer Zeit unverändert. Um die von der Lampe entwickelte Wärme auf einen akzeptablen Wert zu reduzieren, muß eine bestimmte Wärmemenge je Zeiteinheit aus dem Projektor abgeführt werden. Das Integralprodukt aus Volumenstrom und Temperaturanstieg über die Öffnungen im Projektorchassis (d. h. das Auslaßgitter) wird ausgedrückt als: ∫ΔTein-ausCpρ·νdA
• Auslaßgitter
• Die aus dem Projektor strömende Luft darf eine Temperatur von 95°C nicht übersteigen, da dies die höchste Temperatur ist, die auf der Oberfläche eines Auslaßgitters aus Kunststoff zulässig ist.
• Ein bekanntes Problem bei heutigen Projektoren ist, daß die aus dem Lampenreflektor strömende Luft sehr heiß wird (200°C bis 300°C). Um zu verhindern, daß diese Heißluft das Auslaßgitter auf über 95°C erwärmt, muß die Heißluft in ei ner Turbulenzströmung innerhalb des Projektors mit Kaltluft gemischt werden. Da der Projektor möglichst klein sein soll, muß dieses Mischen über sehr kurze Entfernungen erfolgen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine effiziente Kühlung dieser Art und erfordert weder viel Raum noch hohe Luftgeschwindigkeiten. Niedrige Luftgeschwindigkeiten sind erwünscht, da sie wenig Energieverlust in Turbulenz und somit wenig Geräusche verursachen. Um minimale Luftgeschwindigkeiten zu erhalten, sollte die gesamte Luft, die das Auslaßgitter verläßt, nahe an der zulässigen Maximaltemperatur liegen. Andererseits ist wichtig, daß der zum Mischen mit der Heißluft bestimmte Kaltluftstrom solange an der Länge des Projektorchassis entlang bleibt, bis die Kaltluft das Auslaßgitter erreicht, was die Oberfläche daran hindert, bei Berührung unangenehm heiß zu werden.
• Ein weiteres Kühlproblem, das gelöst werden muß, besteht darin, die Temperatur des Lampenkopfs (Brennerkopfs) daran zu hindern, übermäßig hoch zu werden. Daher muß ein bestimmter Luftstrom am Lampenkopf vorbeigeführt werden, um ihn an Überhitzung und Ausfall zu hindern.
• Die US-A-4925295 offenbart eine Projektionsanzeigevorrichtung mit einer Lichtquelle zur Erzeugung von Licht zur Bilddarstellung. Die Lichtquelle ist in einem Gehäuse mit Belüftungsöffnungen untergebracht. Das Gehäuse verfügt über einen Lüfter zum Kühlen des Gehäuseinneren sowie entsprechende Lufteinlässe und -auslässe.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die beschriebenen Probleme auf nahezu ideale Weise.
• Die Erfindung weist ein Lampengehäuse nach Anspruch 1 auf, das über mehrere Rippen verfügt, die auf der Innenfläche des Lampengehäuses im wesentlichen in dem Bereich angeordnet sind, der die Lampengehäusekammer bildet. Ferner weist das erfindungsgemäße Lampengehäuse mehrere Austrittsöffnungen auf, die auf der Stromabwärtsseite des Reflektors und des Brenners liegen. Die Austrittsöffnungen sind im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung der erwärmten Luft und so angeordnet, daß beim Mischen des Luftstroms aus der Umgebung (der eine Temperatur hat, die etwa gleich der Temperatur der Luft außerhalb des Projektors ist) und des erwärmten Luftstroms im Bereich unmittelbar nach dem Lampengehäuse der resultierende Luftstrom bei Erreichen der Austrittsöffnungen des Projektors im wesentlichen eine gleichmäßige Temperatur hat, vorzugsweise unter 95°C. Die Innenform des Lampengehäuses ist zur Form der Lampe und des Reflektors komplementär, so daß die durch den Lampenbrenner und Reflektor erzeugte Wärme aus den Austrittsöffnungen im Luftstrom im wesentlichen transportiert wird, um danach mit dem im wesentlichen kalten Luftstrom gemischt zu werden. Die Austrittsöffnungen sind so konfiguriert, daß der erwärmte Luftstrom nicht auf das Projektorchassis trifft, bevor der erwärmte Luftstrom mit dem kühleren Luftstrom gemischt wurde und bevor er das Auslaßgitter erreicht. Die Austrittsöffnungen sind so konfiguriert, daß die erwärmte Luft mit der kühleren Luft rationell gemischt wird und nicht weiter im Lampengehäuse zirkuliert. Das Lampengehäuse bildet einen Innenströmungsquerschnitt, der eine praktisch konstante Luftstromgeschwindigkeit aus der Kammer sowie zu und durch die jeweiligen Austrittsöffnungen ergibt. Der wirksame Strömungswiderstand des Lampengehäuses im Kaltluftstrom ist minimal. Außerdem weist die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung einer Lampe nach Anspruch 10 auf.
• Im folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die die Hauptmerkmale der Erfindung und eine Ausführungsform davon zeigen. Deutlich ist, daß die Zeichnungen nur alternative exemplarische Ausführungsformen zeigen und daß sie daher nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen sind. In den Zeichnungen tragen die relevanten Teile Bezugszahlen, die auch in der folgenden näheren Beschreibung verwendet werden.
• 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei:
• 1a eine teilweise weggeschnittene Draufsicht ist, die eine Lampe und einen Brenner, die in einem erfindungsgemäßen Lampengehäuse angeordnet sind, das Innere des Lampengehäuses und einen Schnitt des Projektorchassis zeigt. Angegeben ist die Innenströmung im Lampengehäuse.
• 1b ist eine Draufsicht, die die gleichen Einzelheiten wie 1a zeigt und die Außenströmung über die Außenfläche des Lampengehäuses zusammen mit dem Turbulenzbereich skizziert.
• 1c ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht im Blick in Stromaufwärtsrichtung.
• 1d ist eine Vorderansicht, die neben anderen Merkmalen die oberen und unteren Austrittsöffnungen zeigt und die Turbulenzzone veranschaulicht.
• 1e ist eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht im Blick in Stromabwärtsrichtung.
• 2 ist eine explodierte Perspektivansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Blick in allgemeiner Stromabwärtsrichtung.
• 3 ist eine Perspektivansicht der Vorrichtung in 2, auch im Blick in allgemeiner Stromabwärtsrichtung, aber in einem zusammengebauten Zustand und in einem Teil des Projektorchassis angeordnet.
• 4 ist eine explodierte Perspektivansicht der Vorrichtung in 2, aber im Blick in allgemeiner Stromaufwärtsrichtung.
• 5 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung in 2 im Blick in allgemeiner Stromaufwärtsrichtung.
• 6 ist eine explodierte Ansicht der Vorrichtung gemäß 2 im Blick in allgemeiner Stromabwärtsrichtung.
• 7 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 2 im Blick in allgemeiner Stromabwärtsrichtung.
• 8 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung in 2.
• Mit Bezug auf die Zeichnungen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Lampengehäuse 100 auf, das sich in einer alternativen Ausführungsform aus einer oberen Hälfte 101 und einer unteren Hälfte 102 zusammensetzen kann. Ausgestattet ist das Lampengehäuse 100 mit einer Luftzufuhröffnung 111 auf der Stromaufwärtsseite und mehreren Austrittsöffnungen 110 auf der Stromabwärtsseite. Die Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" werden hierin herkömmlich und bezogen auf die allgemeine Strömungsrichtung der Luft verwendet. Das Lampengehäuse 100 weist Innenbefestigungsvorrichtungen zum Aufnehmen und Befestigen einer Lampe 300 auf. Wie bekannt, verfügt die Lampe 300 über einen Reflektor 310 und einen Brenner 320 mit einem Brennerkopf 321. Das Lampengehäuse 100 bildet eine Innenkammer 130, die vor dem Lampenreflektor 310 und Brenner 320 liegt. Mehrere Rippen 120 sind auf der Innenfläche des Lampengehäuses 100 im wesentlichen in dem die Kammer 130 bildenden Bereich und sich im wesentlichen in Querrichtung zur Längsachse des Brenners 320 erstreckend angeordnet. An ihrem distalen Ende bezogen auf den Brenner 320 endet die Kammer 130 in einer Öffnung 140, durch die sich durch die Lampe 300 abgestrahltes Licht zur Erzeugung von Bildern auf bekannte Weise bewegt.
• Gemäß einer Ausführungsform kann das Lampengehäuse 100 mit eingebauter Lampe 300 in einem Projektorchassis 400 (in 3 ist nur ein Teilstück gezeigt) angeordnet sein, z. B. insbesondere in einem Bodenabschnitt 401 des Projektorchassis 400 (nur ein Teilstück ist gezeigt), optional mit Hilfe einer Halterung 402.
• Das Projektorchassis 400 weist auf der Stromaufwärtsseite des Lampengehäuses eine oder mehrere Lufteinlaßöffnungen (Einlaßgitter) 420 auf (3), an denen Luft A₁ (1) aus der Umgebung mit Hilfe von Lüftern (nicht gezeigt) einge saugt wird, die allgemein in einem Bereich F (3) angeordnet sind. Die Einlaßluft wird in und um das Lampengehäuse 100 auf eine später näher beschriebene Weise geführt. Ferner weist das Projektorchassis 400 auf der Stromabwärtsseite des Lampengehäuses 100 eine oder mehrere Auslaßöffnungen (Auslaßgitter) 410 auf (3), an denen erwärmte und "gemischte" Luft A₃ aus dem Projektor abgegeben wird. Die erwärmte Luft A₃ ist eine Mischung aus Luft A₁, die um das Lampengehäuse 100 strömt und nicht in spürbarem Grad erwärmt wird, und Luft A₂, die aus dem Lampengehäuse 100 strömt, nachdem sie durch den Lampenbrenner 320 direkt oder indirekt erwärmt wurde.
• Um das Lampengehäuse 100 mit den richtigen Strömungsbedingungen zu versehen, wird Luft von einer gesamten Seite aus eingeblasen. Beispielsweise kann dies mit zwei Axiallüftern (nicht gezeigt) geschehen, die in einem Bereich F neben dem Lampengehäuse 100 angeordnet sind. Dann wird ein Überdruck innerhalb der Kammer 130 vor der Lampe 300 erzeugt, die eine zu den Lüftern weisende Einlaßöffnung 111 hat. Danach strömt die Luft am Brenner 320 und Reflektor 310 vorbei, wo sie intensiver Erwärmung ausgesetzt ist. Anschließend bewegt sich die Luft leicht um die Lampenecke und aus einer Anzahl von Schlitzen oder Austrittsöffnungen 110. Die Luft strömt nach außen in Querrichtung zum Strom, der über die Außenseite des hinteren Teils der Lampe 300 oder des Lampengehäuses 100 streicht. Das Mischen mit der Kaltluft beginnt, sobald die Heißluft A₂ aus den Schlitzen 110 und in den Turbulenzbereich T (1) strömt. Da der Strömungsquerschnitt P zwischen dem Lampengehäuse 100 und dem Projektorchassis 400 ein Minimum P_min unmittelbar vor den Schlitzen 110 hat und da der Strömungsquerschnitt zunimmt, wo die Schlitze 110 beginnen, ist die Luft, die aus den Schlitzen 110 steigt, keinem Überdruck ausgesetzt, sondern kann statt dessen frei nach oben strömen. Dünne Rippen 120, die innerhalb der Lampengehäusekammer 130 positioniert sind, wandeln Strahlungswärme in Heißluft um, die dann durch die Schlitze 110 nach außen transportiert wird.
• Die Form und Größe der Austrittsöffnungen werden sorgfältig bestimmt. Um optimale Leistung zu erhalten, wird diese Bestimmung am Ende der Entwicklungsphase des Projektors vorgenommen, nachdem das Einströmungsmuster von den Lüftern und die Umgebungsgeometrie festgelegt wurden. Um zu gewährleisten, daß die Heißluft (etwa 200°C), die aus den Schlitzen 110 aufsteigt, weder nach oben rauscht noch um das Lampengehäuse 110 wie eine heiße Hülle zurückbleibt und auf das Auslaßgitter 410 in ungemischtem Zustand trifft, haben die Schlitze 110 einen festgelegten Querschnitt (z. B. langgestreckt in einer Ausführungsform) sowie einen geeigneten Abstand voneinander. Mit dem Mischen wird bezweckt, daß sämtliche Luft, die aus dem Mischbereich kommt, möglichst nahe an der maximal zulässigen Temperatur liegt, wenn die Luft das Auslaßgitter 410 erreicht. Aufgrund der starken Aufwärtsbewegung von Heißluft tritt ein größerer Teil der Heißluft in die oberen Schlitze 110 ein. Die Größe der oberen Öffnungen 110 und somit die Luftströmung aus ihnen ist reduziert, um zu gewährleisten, daß die durch die oberen und unteren Öffnungen 110 abgestrahlte Wärme etwa gleich ist.

Claims (14)

1. Lampengehäuse (100) zur Aufnahme einer Lampe (300) und einem Brenner (320), umfassend: – eine Lampengehäuse-Innenkammer (130); – eine Öffnung (140) für von der Lampe abgegebenes Licht, – eine Luftzufuhröffnung (111); und – eine Anzahl Austrittsöffnungen (110) in der oberen Hälfte und eine Anzahl Austrittsöffnungen (110) in der unteren Hälfte; wobei die Innenform des Lampengehäuses im allgemeinen komplementär zur Form der Lampe ist; gekennzeichnet: – durch eine Anzahl an der inneren Oberfläche der Lampengehäuse-Innenkammer (130) angebrachte Rippen (120), die ein Stück in die Kammer (130) hineinragen, wobei besagte Rippen im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen quer zur Längsachse des Brenners zwischen der Öffnung (140) und dem Brenner (320) angeordnet sind; – dadurch, dass die Achsen der Austrittsöffnungen im Wesentlichen senkrecht zur Achse besagter Luftzufuhröffnung angeordnet sind; und – dass die Austrittsöffnungen im Wesentlichen quer zur Richtung der Anzahl Rippen angeordnet sind.
2. Lampengehäuse nach Anspruch 1, wobei ein Teil der Austrittsöffnungen in einer oberen Hälfte (101) des Lampengehäuses und ein Teil der Austrittsöffnungen in einer unteren Hälfte (102) des Lampengehäuses angeordnet sind, und worin die oberen Austrittsöffnungen Querschnitte auf weisen, die kleiner sind als Querschnitte der unteren Austrittsöffnung.
3. Lampengehäuse nach Anspruch 1, wobei die Anzahl Austrittsöffnungen symmetrisch zur Achse angeordnet sind.
4. Lampengehäuse nach Anspruch 1 in Kombination mit einem Chassis (400) mit einem Wandteil, der ein Lufteinlassgitter (420), ein Luftauslassgitter (410) und einen dazwischen angeordneten Lüfter aufweist, wobei das Lampengehäuse (100) derart im Chassis angeordnet ist, dass zwischen dem Lampengehäuse und einem Teil des Lampengehäuse-Chassis ein Durchflussquerschnitt (P) entsteht, und wobei der Durchflussquerschnitt am hinteren Ende des Lampengehäuses einen Minimalwert (P_min) aufweist.
5. Lampengehäuse nach Anspruch 4, wobei der Minimalwert des Querschnitts (P_min) in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnungen liegt.
6. Lampengehäuse nach Anspruch 4, wobei das Einlassgitter die Zufuhr eines Luftstroms (A₁) aus der Umgebung in das Chassis gestattet, wobei ein erster Strom des Luftstroms das genannte Lampengehäuse umströmt und ein zweiter Strom (A₂) des Luftstroms über die Luftzufuhröffnung (111) in das Lampengehäuse einströmt, wo der zweite Strom durch die Lampe erhitzt wird, und über die Austrittsöffnungen des Lampengehäuses aus dem Lampengehäuse ausströmt, um sich mit dem ersten Strom zu vermischen, wodurch sich ein vereinigter Luftstrom (A₃) bildet, der durch das Auslassgitter (410) aus dem Chassis abgeführt wird.
7. Lampengehäuse nach Anspruch 6, wobei der vereinigte Luftstrom (A₃) im Betrieb eine niedrigere Temperatur aufweist als der zweite, von der Lampe erhitzte Strom.
8. Lampengehäuse nach Anspruch 4, wobei das Lampengehäuse (100) und das Chassis (400) derart gestaltet sind, dass sie die Vereinigung des ersten (A₁) und des zweiten (A₂) Luftstroms zur Bildung eines dritten (A₃), durch das Auslassgitter abzuführenden Luftstroms erleichtern.
9. Lampengehäuse nach Anspruch 1, mit einem inneren Durchflussquerschnitt, der von der Innenkammer bis zu den Austrittsöffnungen und durch diese hindurch eine im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit ergibt.
10. Verfahren zur Kühlung einer Lampe (300) in einem Lampengehäuse (100) mit einer Lampengehäuse-Innenkammer (130), einer Öffnung (140) für von der Lampe abgegebenes Licht, einer Luftzufuhröffnung (111) und einer Anzahl Austrittsöffnungen (110), folgende Schritte umfassend: – einen Luftstrom (A₁) aus der Umgebung zum Lampengehäuse strömen lassen; – einen ersten Strom des Luftstroms um das genannte Lampengehäuse strömen lassen; – einen zweiten Strom (A₂) des Luftstroms über die Luftzufuhröffnung (111) in das Lampengehäuse einströmen lassen; – den zweiten Strom von der Lampe erhitzen lassen; gekennzeichnet durch folgende Schritte: – den zweiten Strom von der Innenkammer und einer Anzahl Rippen (120) Wärme absorbieren lassen, die an der inneren Oberfläche der Lampengehäuse-Innenkammer angebracht sind und die ein Stück in die Kammer (130) hineinragen, wobei die Rippen im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen quer zur Längsachse des Brenners zwischen der Öffnung (140) und dem Brenner (320) angeordnet sind; – den zweiten Strom über die Austrittsöffnungen (110) des Lampengehäuses aus dem Lampengehäuse ausströmen lassen; – das Vermischen des zweiten Luftstroms mit dem ersten Strom ermöglichen, wodurch ein vereinigter Luftstrom (A₃) gebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Lampengehäuse (100) in einem Gehäuse (400) montiert ist und der Luftstrom (A₁) aus der Umgebung dem Lampengehäuse über Einlassöffnungen im Chassis (420) zugeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Strömung des ersten Stroms des Luftstroms um das Lampengehäuse zusätzlich durch Innenwände des genannten Gehäuses (400) geführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der vereinigte Luftstrom (A₃) eine niedrigere Temperatur aufweist als der zweite, von der Lampe erhitzte Strom.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Temperatur des vereinigten Luftstroms (A₃) unter 95°C beträgt.