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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Wolfram-Halogenlampe entsprechend dem ersten Teil von Anspruch 1. Eine
solche Lampe ist aus DE-A-3 537 922 bekannt.
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Typischerweise umfaßt eine Wolfram-Halogenlampe eine
röhrenförmige Glasumhüllung, eine Molybdän-Einführungsfolie, eine
Wolfram-Glühwendel und Halogengas in der Umhüllung zusammen mit
einem inerten Gas, wie beispielsweise Argon. Die
Molybdän-Einführungsfolie ist in einem abgedichteten Ende der Umhüllung
eingebettet. Die Wolfram-Glühwendel ist elektrisch mit der
Molybdän-Einführungsfolie verbunden.
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In jüngster Zeit sind Wolfram-Halogenlampen mit einem
vorgeschriebenen optischen Filter überzogen worden, welcher
sichtbares Licht durchläßt, aber Infrarotstrahlen reflektiert. Das
optische Filter ist mindestens auf einer Außen- oder
Innenwandfläche des Lampenkolbens aufgebracht. Der in DE-A-3 537 922
erwähnte Filter besteht aus einem aus mindestens 5 Schichten
gebildeten Interferenzfilter.
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Bei einer solchen Wolfram-Halogenlampe gelangt das sichtbare
Licht, das von dem Wolfram-Glühfaden abgestrahlt wird, durch das
optische Filter und strahlt zur Außenseite des Lampenkolbens.
Die Infrarotstrahlen werden durch das optische Filter
reflektiert. Ein Teil der reflektierten Infrarotstrahlen kehrt zum
Glühfaden zurück und heizt diesen auf, wodurch die Lichtausbeute
des Wolfram-Glühfadens erhöht wird. Weiterhin reduziert das
optische Filter die Infrarotstrahlenkomponente, die in dem Licht
enthalten ist, das aus der Lampe ausgestrahlt wird, so daß das
optische Filter Schäden an beleuchteten Objekten vermindert, die
durch übermäßige Wärme verursacht werden.
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Andere Teile der reflektierten Infrarotstrahlen fallen auf das
optische Filter auf und werden wieder dadurch zur Innenseite des
Lampenkolbens hin reflektiert. Folglich erreicht eine
verhältnismäßig große Menge der Infrarotstrahlen den abgedichteten Teil
der Umhüllung und heizt die Molybdän-Einführungsfolie auf, die
in dem abgedichteten Teil eingebettet ist.
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Die Temperatur der Wand des Lampenkolbens wird bei einer solchen
Wolfram-Halogenlampe auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur
eingestellt, um einen Halogen-Regenerationszyklus an der
Wandfläche des Lampenkolbens auszuführen. Die hohe Temperatur der
Wand des Lampenkolbens wird durch Leitung auf den abgedichteten
Teil des Lampenkolbens übertragen.
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Folglich wird die Molybdän-Einführungsfolie durch die
Infrarotstrahlen, die darauf direkt und indirekt aufgebracht werden,
intensiv erwärmt. Die Molybdän-Einführungsfolie altert als Folge
der durch die hohe Temperatur verursachten Oxidation. Diese
Alterung schädigt die Abdichtung des abgedichteten Endes um die
Molybdän-Einführungsfolie herum, so daß eine Gasleckage aus dem
Lampenkolben beschleunigt wird. Das Ergebnis ist, daß die
Lebensdauer der Halogenlampe herabgesetzt wird.
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Es ist deshalb ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, für
eine Halogenlampe zu sorgen, bei welcher die Alterung der
Molybdän-Einführungsfolie im Vergleich zu bekannten Lampen
vermindert wird.
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Eine Halogenlampe umfaßt eine geschlossene Glasumhüllung, eine
Filamentstruktur einschließlich eines Wolframfilaments und ein
Halogen enthaltendes Gas innerhalb der Umhüllung,
Einführeinrichtungen zum Verbinden des Filaments an eine elektrische
Versorgungsguelle, wobei diese Einführungseinrichtungen ein Paar
von Metallfolienmitteln einschließen, die jeweils in einen
verdickten Endwandabschnitt der Umhüllung eingebettet sind und
einem optischen Filter auf einem Abschnitt der Wand der
Umhüllung, wobei der Filter dazu dient, sichtbares Licht
durch-zulassen und Infrarotstrahlen, die von dem Filament
emittiert werden, wenn es eingeschaltet ist, zu reflektieren,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der äußeren
Oberfläche der Wand der Umhüllung zwischen dem optischen Filter
und dem Endabschnitt der Umhüllung angerauht ist, um die
Wärmestrahlung davon zu erhöhen, wodurch der Anteil der Wärme, der
durch die Wand der Umhüllung zu den Folieneinrichtungen gelangt,
reduziert wird.
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Damit die Erfindung leichter verstanden werden kann, wird sie
jetzt, nur in der Form eines Beispiels, unter Verweis auf die
beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht ist, die eine Ausführungsform der
Halogenlampe entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die einen Teil der
Halogenlampe von Fig. 1 zeigt;
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Fig. 3 eine Schnittansicht ist, die einen Teil einer ersten
Modifikation der Halogenlampe von Fig. 1 zeigt;
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Fig. 4 eine Schnittansicht ist, die einen Teil einer zweiten
Modifikation der Halogenlampe von Fig. 1 zeigt;
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Fig. 5 eine Schnittansicht ist, die einen Teil einer dritten
Modifikation der Halogenlampe von Fig. 1 zeigt; und
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Fig. 6 eine Schnittansicht ist, die eine zweite Ausführungsform
der Halogenlampe entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Bei Fig. 1 umfaßt die Halogenlampe einen Lampenkolben in
Röhrenform 10, eine sichtbares Licht durchlassende und
Infrarotstrahlen reflektierende Schicht 11 (im Nachstehenden als
optisches Filter bezeichnet), ein Wolframfilament 12, ein Paar
Molybdän-Einführungsfolien 13a, 13b, ein Paar innere Leiter 14a,
14b und ein Paar äußere Leiter 15a, 15b.
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Der Lampenkolben 10 ist aus Quarzglas hergestellt. Der
Lampenkolben 10 hat an seinem einen Ende einen abgedichteten Teil 16.
Eine vorbestimmte Menge Halogen enthaltendes Gas wird zusammen
mit einem inerten Gas wie beispielsweise Argon in den durch den
Lampenkolben 10 definierten Hohlraum eingefüllt.
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Die Molybdän-Einführungsfolien 13a, 13b sind in dem
abgedichteten Teil 16 eingebettet. Ein Ende der inneren Leiter 14a, 14b
ist in dem abgedichteten Teil 16 eingebettet und mit einer der
Molybdän-Einführungsfolien 13a beziehungsweise 13b verbunden.
Das andere Ende der inneren Leiter 14a, 14b ist jeweils mit
einem anderen Ende des Filaments 12 verbunden. Folglich ist das
Filament in dem Hohlraum des Lampenkolbens 10 aufgehängt. Ein
Ende der äußeren Leiter 15a, 15b ist in dem abgedichteten Teil
16 eingebettet und mit einer der Molybdän-Einführungsfolien 13a
beziehungsweise 13b verbunden. Das andere Ende jedes äußeren
Leiters 15a, 15b steht aus dem Lampenkolben 10 vor.
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Das optische Filter 11 ist auf die Außenwand des Lampenkolbens
10 aufgebracht, die den Teil der Wand umgibt, der dem Filament
12 gegenüberliegt. Das optische Filter 11 umfaßt eine Vielzahl
von Schichten, wie später im Detail beschrieben wird. Ein Teil
der Außenwandfläche des Lampenkolbens 10 zwischen dem
abgedichteten Teil 16 und dem optischen Film 11 ist in Form einer
rauhen Fläche 17 hergestellt.
Jetzt werden unter Verweis auf Fig. 2 der optische Film 11 und
die rauhe Oberfläche 17 detailliert beschrieben. Fig. 2 zeigt
einen vergrößerten Schnitt um den optischen Film 11 und die
rauhe Oberfläche 17 herum.
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Der optische Film 11 ist eine Art Licht-Interferenzfilm, der aus
mehreren übereinanderliegenden Schichten besteht. Weiterhin wird
die rauhe Oberfläche 17 auf der Außenseite des Lampenkolbens 10
durch beispielsweise mechanische oder chemische Bearbeitung
gebildet.
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Der optische Film 11 umfaßt Schichten mit hohem Brechungsindex
lla (die durch die nach links ansteigenden schraffierten Linien
gezeigt werden), die eine Dicke von ungefähr 110 nm (1100 Å)
haben und aus Titanoxid hergestellt sind und Schichten mit
niedrigem Brechungsindex 11b (die durch die nach rechts ansteigenden
schraffierten Linien gezeigt werden), die eine Dicke von
ungefähr 170 nm (1700 Å) haben und aus Silika (SiO&sub2;) hergestellt
sind, die abwechselnd in insgesamt 15 - 20 Lagen
übereinandergestapelt sind. Folglich hat der optische Film 11 die
Lichtinterferenzeigenschaft einer hohen Durchlässigkeit für sichtbares
Licht und eines hohen Reflexionsvermögens für infrarotstrahlen.
Weiterhin kann die rauhe Oberfläche 17 durch Sandstrahlen der
Außenfläche des Lampenkörpers 10 gebildet werden, so daß feine
Vertiefungen 18 mit einer Tiefe von ungefähr 18 um auf der
Oberfläche definiert werden.
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Um einen solchen optischen Film 11 zu erhalten, wird der
Lampenkolben 10 abwechselnd in eine Lösung einer organischen
Titanverbindung und eine Lösung einer organischen
Siliziumverbindung getaucht. Die Lösungsüberzüge werden sukzessiv nach jedem
Eintauchen durch Wärmeeinwirkung getrocknet. Nach Fertigstellung
des optischen Films 11 auf der Außenwandfläche des Lampenkörpers
10 wird der Teil der Außenwand zwischen dem optischen Film 11
und dem abgedichteten Teil 16 durch Sandstrahlen zu der rohen
Oberfläche 17 ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt kann ein gewisser
Abstand zwischen dem optischen Film 11 und der rauhen Oberfläche
17 gelassen werden.
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Jetzt soll die Funktionsweise der Wolfram-Halogenlampe erklärt
werden. Wenn die Halogenlampe leuchtet, dann wird eine große
Menge an Infrarotstrahlen zusammen mit dem sichtbaren Licht von
dem Filament 12 abgestrahlt. Dieses sichtbare Licht und diese
Infrarotstrahlen, die von dem Filament 12 in der radialen
Richtung des Lampenkolbens 10 abgestrahlt werden, treffen auf den
optischen Film 11 auf. Das sichtbare Licht wird durch den
optischen Film 11 hindurch übertragen und zur Außenseite der
Halogenlampe abgestrahlt. Die Infrarotstrahlen werden von dem
optischen Film 11 reflektiert. Ein Teil der reflektierten
Infrarotstrahlen kehrt zu dem Filament 12 zurück. Folglich heizen die
Infrarotstrahlen das Filament 12 auf, so daß die Effektivität
der Lichtabstrahlung des Filaments 12 gesteigert wird.
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Ein Teil sowohl des sichtbaren Lichts, als auch der
Infrarotstrahlen wird durch die Glaswand des Lampenkolbens 10 durch
Reflexion im Innern der Glaswand des Lampenkolbens 10 zum rauhen
Oberflächenteil 17 übertragen. Das sichtbare Licht und die
Infrarotstrahlen, die den rauhen Oberflächenteil 17 erreichen,
werden diffus zur Außenseite der Halogenlampe von da
abgestrahlt. Deshalb wird die Menge an sichtbarem Licht und
Infrarotstrahlen, die den abgedichteten Teil 16 erreichen, reduziert.
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Weiterhin ist der Lampenkolben 10 so gestaltet, daß er auf eine
hohe Temperatur erwärmt werden kann, die ein Anhaften von
Wolframhalid an der Kolbenwand durch Erhöhen der maximalen
Belastung der Kolbenwand verhüten kann, so daß ein
Halogen-Regenerationszyklus in der Halogenlampe ausgeführt werden kann. Die
Wärme, die die Folge der hohen Temperatur der Glaswand des
Lampenkolbens 10 ist, wird zu dem abgedichteten Teil 16 geleitet.
Jedoch strahlt der rauhe Oberflächenteil 17 Wärme durch seine
vergrößerte Oberfläche und strahlt auch die Infrarotstrahlen ab,
so daß die Temperatur des rauhen Oberflächenteils 17 abgesenkt
ist.
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Folglich werden entsprechend der vorliegenden Erfindung
Infrarotstrahlen, die auf den abgedichteten Teil 16 durch Reflexion
durch den optischen Film 11 und Reflexion im Innern der Glaswand
des Lampenkolbens 10 auftreffen, zur Außenseite der Halogenlampe
von dem rauhen Oberflächenteil 17 aus abgestrahlt, welcher so
ausgebildet ist, daß er für eine größere Oberfläche zwischen dem
Wandteil, der der Lage des optischen Films 11 entspricht und dem
abgedichteten Teil 16 des Lampenkolbens 10 sorgt. Die Wärme der
Halogenlampe wird ebenfalls von dem rauhen Oberflächenteil 17
abgestrahlt. Deshalb kann diese Wärmeabstrahlung von der
Augenfläche des Lampenkolbens 10 einen Anstieg der Temperatur an dem
Teil des Lampenkolbens 10 verhüten, der von der rauhen
Oberfläche 17 bis zum abgedichteten Teil 16 reicht.
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In diesem Zusammenhang haben die Erfinder Versuche für drei
Muster A, B und C ausgeführt, die die vorliegende Erfindung,
eine Ausführung nach dem bisherigen Stand der Technik und ein
anderes als das vorstehende Vergleichsmuster verkörpern. Bei
jedem der drei Muster A, B und C war der Lampenkolben 10 aus
Silikaglas hergestellt und hatte dieselben Abmessungen. Der
Außendurchmesser betrug 14 mm, die Dicke der Kolbenwand war 1
mm, die Gesamtlänge des Kolbens 10 einschließlich des
abgedichteten Endes 16 war 96 mm, siehe Konstruktion von Fig. 2. Das
Wolfram-Filament 12, der in dem Kolben 10 eingedichtet war,
hatte dieselbe Auslegung von 100 V und 500 W. Die beiden in dem
abgedichteten Ende 16 eingebetteten Molybdän-Einführungsfolien
13a, 13b hatten dieselben Abmessungen. Die Breite war 3 mm, die
Dicke betrug 0,031 mm, und die Länge war 6 mm. Ein Muster A, das
die vorliegende Erfindung verkörperte, hatte weiterhin einen
optischen Film 11 und einen rauhen Oberflächenteil 17. Der
optische Film 11 war an der Außenfläche des mittleren Teils des
Lampenkolbens 10 vorgesehen. Der rauhe Oberflächenteil 17 war in
der Nähe des abgedichteten Endes 16 über eine Bandbreite von
ungefähr 2 mm ausgebildet und durch Vertiefungen mit einer Tiefe
von ungefähr 1 um definiert. Das Muster B, das den bisherigen
Stand der Technik verkörperte, hatte den optischen Film 11, aber
der Teil, der dem rauhen Oberflächenteil 17 entspricht, war
einheitlich gelassen worden. Das Vergleichsmuster C hatte sowohl
den optischen Film 11, als auch den rauhen Oberflächenteil 17.
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Jedoch erstreckte sich der optische Film 11 bis zur Grenze
zwischen dem Lampenkolben 10 und dem abgedichteten Teil 16. Der
rauhe Oberflächenteil 17 war an dem abgedichteten Ende 16 durch
Sandstrahlen hergestellt worden.
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Bei dem Versuch wurde die Temperatur der abgedichteten Enden 16
der Muster A, B und C in Übereinstimmung mit dem Prüfstandard
JIS C-7527 gemessen. Das Ergebnis des Versuchs wird in der
folgenden Tabelle gezeigt. Weiterhin betrug die Umgebungstemperatur
während der Prüfung 30 ºC.
Prüfmuster
Temp. am abgedichteten Teil
Muster, das die vorliegende Erfindung verkörpert
Muster, das einen bisherigen Stand der Technik verkörpert
anderes Vergleichsmuster als das vorstehende
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Wie man aus der Tabelle deutlich sieht, war die Temperatur des
abgedichteten Teils 16 von Muster A, das die vorliegende
Erfindung verkörpert, bedeutend niedriger als die der Muster B und C.
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Bei der Ausführungsform, wie sie vorstehend erwähnt wird,
erfolgte die Herstellung des optischen Films durch abwechselndes
Aufeinanderschichten von Schichten mit hohem Brechungsindex, die
aus Titanoxid hergestellt wurden und Schichten mit niedrigem
Brechungsindex, die aus Silika hergestellt wurden. Jedoch können
die Schichten mit hohem Brechungsindex auch aus anderen
Materialien, wie beispielsweise aus Tantaloxid, Zionoxid usw.
hergestellt werden. Die Schicht mit niedrigem Brechungsindex kann
ebenfalls aus anderen Materialien, wie beispielsweise
Kalziumfluorid, Aluminiumfluorid usw. hergestellt werden. Weiterhin
kann der optische Film irgendein Film sein, der in der Lage ist,
für die Reflexionswirkung bei den Infrarotstrahlen zu sorgen,
wie sie vorstehend beschrieben wird, Filme eingeschlossen, die
andere optische Prinzipien verwenden, keine optischen
Interferenzfilme sind.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden
Ausführungsformen begrenzt, sondern kann auf verschiedene Weise
modifiziert werden, wie nachstehend beschrieben.
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Obwohl für einen kurzen Abstand zwischen dem rauhen
Oberflächenteil und dem Optischen Film gesorgt wird, ist kein Spalt
zwischen dem rauhen Oberflächenteil und dem abgedichteten Teil bei
der Ausführungsform vorgesehen, kann jeglicher Abstand zwischen
der rauhen Oberfläche 17 und dem optischen Film 11 beseitigt
werden, wie in Fig. 3 gezeigt. Weiterhin kann für einen
bestimmten Abstand zwischen der rauhen Oberfläche 17 und dem
abgedichteten Teil 16 gesorgt werden, wie in Fig. 4 gezeigt. Desgleichen
kann ein Teil der rauhen Oberfläche 17 über die Außenseite des
abgedichteten Teils 16 ausgedehnt werden, wie in Fig. 5 gezeigt.
Alle dies vorstehenden Modifikationen haben dieselben nützlichen
Auswirkungen wie die Ausführungsform.
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Zusätzlich ist das Bildungsverfahren für die rauhe Oberfläche 17
nicht auf Sandstrahlen beschränkt. Ein Schleifverfahren unter
Verwendung eines Schleifapparats, ein Ätzverfahren oder ein
Formverfahren, das unter Verwendung von Formen während der
Formung der Lampenkolben 10 oder dem Abdichten des Kolbenendes 16
durchgeführt wird, kann verwendet werden. Zusammengefaßt gesagt,
die Bildung der rauhen Oberfläche 17 kann unter Bezugnahme auf
Prinzipien der Wärmestrahlung modifiziert werden, bei welchen
entweder die Infrarotstrahlung oder die Konvektion zutrifft.
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Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Bei der zweiten Ausführungsform ist ein Paar
abgedichtete Teile 16a und 16b an beiden Enden des Lampenkolbens 10
ausgebildet. Und dementsprechend können die
Molybdän-Einführungsfolien in beiden abgedichteten Enden 16a und 16b
eingebettet sein. In diesem Fall können zwei rauhe Oberflächen 17a und
17b an der Außenseite von Lampenkolben 10 vorgesehen sein, eine
an jedem abgedichteten Ende 16a und 16b.
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Zusätzlich ist der Lampenkolben 10 nicht auf Silikaglas
beschränkt, sondern der Lampenkolben 10 kann auch aus einem
anderen hitzebeständigen Glas, wie beispielsweise
Aluminiumsilikatglas, Borsilikat usw. hergestellt sein.
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Wie vorstehend beschrieben, kann die vorliegende Erfindung für
eine extrem zu bevorzugende Halogenlampe sorgen.