WO2001015206A1 - Lichtquelle - Google Patents

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WO2001015206A1
WO2001015206A1 PCT/DE2000/000911 DE0000911W WO0115206A1 WO 2001015206 A1 WO2001015206 A1 WO 2001015206A1 DE 0000911 W DE0000911 W DE 0000911W WO 0115206 A1 WO0115206 A1 WO 0115206A1
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WO
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filament
light source
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bulb
heating
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PCT/DE2000/000911
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Jörg ARNOLD
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Ip2H Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/02—Incandescent bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00—Details
    • H01K1/02—Incandescent bodies
    • H01K1/14—Incandescent bodies characterised by the shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01K—ELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K3/00—Apparatus or processes adapted to the manufacture, installing, removal, or maintenance of incandescent lamps or parts thereof
    • H01K3/02—Manufacture of incandescent bodies

Definitions

  • the invention relates to a light source, in particular an incandescent lamp, with a bulb, a filament arranged in the bulb and a heating device for the filament, the filament emitting both visible light and heat radiation.
  • Incandescent lamps for example, are known as electrical light sources in which a tungsten wire is generally brought to the highest possible temperature by the electrical current heat. Thereby, thermal radiation is generated. The luminous efficacy of glowing wires increases sharply with increasing temperature.
  • non-thermal radiation sources such as discharge lamps are also known as noble gas, mercury, sodium or metal halogen discharge lamps in high or low pressure designs.
  • a disadvantage of all previously known electrically operated types of light sources is that they are very inefficient in converting electrical power into visible light power. The conversion barely exceeds 30%. The largest share of the electrical power consumed is uneconomic power loss in the form of predominantly heat.
  • One way to increase the efficiency of known light sources is for the heat radiated from the filament or filament to be reflected from the inside of the bulb back onto the filament or filament. This results in a kind of back heating of the filament or filament. As a result, less electrical power is required to reach the same filament temperature than when heating up without reflection. The visible light output transmitted through the bulb remains the same. In the ideal case, only that electrical power is required that corresponds to the visible emitted light power and the thermal power loss absorbed by the bulb. The conversion efficiency is thus improved by the reflected heat radiation component. The conversion efficiency could theoretically be up to 75% or 140 lumens / watt can be increased if the usual thermal power loss of tungsten lamps of approx. 25% is taken as a basis and the radiation absorption of a mirror coating on the inside of the bulb is neglected, dielectric reflections, for example, typically having an absorption of 0.1%.
  • the inside of the bulb is mirrored with a reflectivity of 99.9%, for example, every thousandth photon is statistically absorbed in the material of the mirror.
  • the photon flow may therefore only experience 1000 reflections on the inside of the flask until it is completely absorbed in the flask.
  • the probability that the photon flux hits the filament or filament on the reflection path and is absorbed there is proportional to the ratio of the filament volume or the filament surface to the reflecting piston volume or the reflecting piston surface.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a light source of the type mentioned at the outset in which a high conversion efficiency is achieved with simple means and safely.
  • the object presented above is achieved by a light source with the features of patent claim 1.
  • the light source is then designed such that the heating device has a heating element for indirectly heating the filament.
  • the formation of a separate heating element for the filament achieves the above object in a surprisingly simple manner.
  • the filament is heated indirectly by the heating element, which has the great advantage that the filament can be designed independently of its electrical resistance behavior.
  • the heating device required for heating the filament can be implemented independently of the design of the filament. It is also possible to implement a heating device which works with safely manageable electrical currents. Electrical contact between the heater and filament is no longer required.
  • the light source according to the invention specifies a light source in which high conversion efficiency is achieved with simple means and with a high level of security.
  • the filament could be in the form of a band or, quite generally, as a flat filament.
  • the filament could also be designed quite generally as a volume filament, i.e. as a filament that occupies a spatial volume or comprises a volume.
  • the filament could be bowl-shaped or cylindrical-jacket-shaped.
  • the diameter of the cylinder jacket or the cylinder jacket part or the cylinder jacket half only slightly smaller than the diameter of the piston.
  • the piston could be tubular.
  • the filament could be arranged concentrically in the piston and / or coaxially to a longitudinal axis of the piston in the piston.
  • the filament could divide the interior of the piston into one or more half or partial spaces.
  • the piston could have such a large outer surface that surface heat, which is generated by, for example, heat radiation absorption, can be dissipated by convection cooling or another forced cooling.
  • surface heat which is generated by, for example, heat radiation absorption
  • convection cooling or another forced cooling The size and shape of the filament and the piston could be coordinated accordingly.
  • the filament could have tungsten and / or rhenium and / or tantalum and / or zirconium and / or niobium.
  • the respective requirements of the light source properties have to be adjusted here.
  • the filament could have the latter materials in sintered form.
  • the filament could be built at least partially on a non-metal. This could improve the mechanical stability of the filament.
  • the filament could at least partially be constructed from tantalum carbide and / or rhenium carbide and / or niobium carbide and / or zirconium carbide. This could result in surface temperatures that are higher than is customary for known tungsten filament lamps.
  • the heating element could be a glow element heated by electrical current.
  • the filament is heated by the heat radiation from the glow element.
  • the glow element can be adapted to the lamp power required regardless of the filament.
  • the glow element could be a heating coil in a particularly simple manner.
  • the glow element could be arranged within a space or half space formed by the filament, preferably within a cylinder jacket or a cylinder jacket half. Most of the heat radiated by the glow element is absorbed by the filament. If the filament is designed as a regionally open body - for example as a cylinder jacket half - the glow element could additionally contribute to the generation of light.
  • the glow element radiates in the direction specified by the design of the filament. In this case, the light source could emit light before the filament is heated to the temperature required for the light emission. A time delay between activation of the light source and light emission is largely avoided.
  • the glow element could be formed from tungsten in a particularly simple manner.
  • the use of conventional tungsten heating coils is conceivable here.
  • the filament could be attached to a power supply for the heating element or glow element. This avoids additional holding devices for the filament in the piston.
  • magnetic inductors could be arranged in the piston or outside the piston for indirect heating of the filament. This also makes indirect heating of the filament possible in a simple manner.
  • the bulb In order to optimize the reflection behavior of the inside of the bulb, which is transparent to visible light, the bulb could have a reflective coating on its inside. This could be a dielectric multilayer coating in a particularly favorable manner. A spectrally selective mirroring is present, which essentially reflects the heat radiation component and transmits the component of visible radiation.
  • the glow element In the case of a filament that does not completely enclose a glow element, the glow element also emits heat radiation directly onto the inside of the bulb. , g. P / DE 0911
  • the light source according to the invention could be referred to as a radiation oven lamp, the bulb forming an internally heated radiation oven for the infrared radiation.
  • the color temperature of the light source can also be set independently of the surface temperature of the filament or the glow element. This can be done by the spectrally selective mirroring, which can specify the transmitted spectral distribution of the radiation power emitted from the bulb and thus the color temperature.
  • the surface temperature of both the incandescent element and the filament can be reduced in comparison to previous thermal light sources of the same light output, because on the one hand the total radiation output of the incandescent element only has to correspond to the sum of the visible radiation output and the thermal power loss of the light source.
  • the total radiation output of the incandescent element only has to correspond to the sum of the visible radiation output and the thermal power loss of the light source.
  • this due to the reflected and reabsorbed heat radiation component or infrared radiation power component, this is lower than the total radiation power of comparable previous temperature radiators.
  • the entire thermal specific radiation is a function of the temperature according to the Stefan-Bolzmann law, so that the glow element of the light source according to the invention can be operated at a lower temperature than comparable direct light sources by previous thermal light sources.
  • the surface temperature of the filament can also be set comparatively lower, since the comparable visible luminous flux can be generated by a larger and colder surface of the filament.
  • the filament surface forms a new, additional degree of freedom.
  • the filament can be operated at a relatively low temperature and thus a relatively low evaporation of the filament material is achieved, a disruptive evaporation can occur due to the very large surface area, which is as close as possible to the inside of the piston.
  • Evaporated filament material deposited on the inside of the piston reduces the reflectivity of the inside of the piston or the mirror coating on the inside of the piston and increases the absorption of the piston or the mirror coating or the thermal power loss. It is therefore desirable to minimize evaporation of the filament material as much as possible.
  • an inert gas and / or a halogen gas could be present in the flask, wherein the halogen gas could contain bromine and / or iodine. This could create a conventional tungsten iodide cycle for a tungsten filament.
  • An alternative solution to the evaporation problem could be achieved by coating the filament and / or the glow element with a coating material that has a higher melting point than the filament and / or the glow element material. This is due to the dependence of the temperature-dependent vapor pressure of a solid on its melting point. Furthermore, the precipitation of the coating material could show a lower absorptivity than the precipitation of the usual filament or glow element material.
  • tantalum carbide and / or rhenium carbide and / or niobium carbide and / or zirconium carbide could be used as the coating material with a very high melting point.
  • FIG. 1 is a perspective side view of the embodiment of a light source according to the invention.
  • FIG. 2 shows a top view of the exemplary embodiment from FIG. 1.
  • Fig. 1 shows a perspective side view of the embodiment of a light source according to the invention.
  • the light source is designed as an incandescent lamp which has a bulb 1 in which a filament 2 is arranged.
  • a heating device 3 is provided, which provides an electric current.
  • the heated filament 2 emits both visible light and heat radiation.
  • the temperature of the heated filament 2 can be around 3000 degrees Celsius.
  • the heating device 3 has a heating element 4 for indirectly heating the filament 2.
  • the heating element 4 is a filament-shaped glow element and can be made of tungsten, for example.
  • the filament 2 is essentially cylindrical in shape and therefore has a large absorption surface for heat radiation, which is reflected by the inside of the bulb 1. As a result, the filament 2 is effectively re-heated by the reflected heat radiation. This makes it possible to select a lower temperature of the heating element 4 than would be required with a conventional light source with the same light output. Consequently, the light source according to the invention can be operated with less energy and thus more economically than conventional light sources.
  • the cylindrical jacket-shaped filament 2 is attached in a simple manner to a power supply 5 for the heating element 4.
  • the heating element 4 or glow element in the form of a coil is positioned concentrically and coaxially with the filament 2.
  • the filament 2 is in turn arranged concentrically and coaxially with the quasi tubular piston 1 in the piston 1.
  • the cylindrical jacket-shaped or tubular filament 2 is made of tungsten.
  • electrical contacts 6 are provided for power supply.
  • the electrical contacts 6 are fused to the lower end of the piston 1.
  • the diameter of the filament 2 is only slightly smaller than the diameter of the piston 1.
  • a mirror 7 is provided on the inside of the piston 1.
  • the mirroring 7 serves for the effective reflection of the heat radiation emitted by the heating element 4 and / or by the filament 2.
  • the heating element 4 and / or the filament 2 could have a coating made of a material with a very high melting point. This could reduce the evaporation of filament and / or heating element material.
  • Fig. 2 shows a top view of the embodiment of Fig. 1. It can be seen particularly well that the filament 2 is essentially concentric in the piston
  • the heating element 4 is substantially centered in the filament

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Abstract

Eine Lichtquelle, insbesondere Glühlampe, mit einem Kolben (1), einem in dem Kolben (1) angeordneten Filament (2) und einer Heizeinrichtung (3) für das Filament (2), wobei das Filament (2) sowohl sichtbares Licht als auch Wärmestrahlung emittiert, ist im Hinblick auf eine hohe Konversionseffizienz zwischen elektrischer Leistung und sichbarer Lichtleistung derart ausgestaltet, dass die Heizeinrichtung (3) ein Heizelement (4) zur indirekten Aufheizung des Filaments (2) aufweist.

Description

„Lichtquelle"
Die Erfindung betrifft eine Lichtquelle, insbesondere eine Glühlampe, mit einem Kolben, einem in dem Kolben angeordneten Filament und einer Heizeinrichtung für das Filament, wobei das Filament sowohl sichtbares Licht als auch Wärmestrahlung emittiert.
Lichtquellen der in Rede stehenden Art sind seit langem aus der Praxis bekannt und existieren in den unterschiedlichsten Ausführungsformen und Größen. Dabei sind beispielsweise Glühlampen als elektrische Lichtquellen bekannt, bei denen im allgemeinen ein Wolframdraht durch die elektrische Stromwärme auf möglichst hohe Temperatur gebracht wird. Dabei wird Temperaturstrahlung erzeugt. Die Lichtausbeute glühender Drähte steigt mit wachsender Temperatur stark an. Daneben sind auch noch sogenannte nichtthermische Strahlungsquellen wie Entladungslampen als Edelgas-, Quecksilber-, Natrium- oder Metallhalogen-Entladungslampen in Hochoder Niederdruckausführungen bekannt.
Bei allen bisher bekannten elektrisch betriebenen Typen von Lichtquellen ist nachteilig, daß sie sehr ineffizient bezüglich der Konversion von elektrischer Leistung in sichtbare Lichtleistung sind. Die Konversion übersteigt kaum 30%. Der größte Anteil der verbrauchten elektrischen Leistung ist unwirtschaftliche Verlustleistung in Form von vorwiegend Wärme.
Eine Möglichkeit, die Effizienz bekannter Lichtquellen zu erhöhen besteht darin, daß die vom Filament oder Glühdraht abgestrahlte Wärme von der Innenseite des Kolbens zurück auf das Filament oder den Glühdraht reflektiert wird. Hierdurch erfolgt eine Art Rückheizen des Filaments oder des Glühdrahts. Dies hat zur Folge, daß zum Erreichen derselben Filamenttemperatur weniger elektrische Leistung benötigt wird als bei einem Aufheizen ohne Reflexion. Die sichtbare, durch den Kolben transmittierte Lichtleistung bleibt dabei gieich. Im Idealfall wird nur noch diejenige elektrische Leistung benötigt, die der sichtbaren emittierten Lichtleistung und der vom Kolben absorbierten thermischen Verlustleistung entspricht. Die Konversionseffizienz wird somit um den reflektierten Wärmestrahlungsanteil verbessert. Die Konversionseffizienz könnte somit theoretisch auf bis zu 75% bzw. 140 Lumen/Watt ge- steigert werden, wenn man die übliche thermische Verlustleistung von Wolframlampen von ca. 25% zugrunde legt und die Strahlungsabsorption einer Verspiegelung der Innenseite des Kolbens vernachlässigt, wobei beispielsweise dielektrische Ver- spiegelungen eine Absorption von typischerweise 0,1 % aufweisen.
Bei einer Verspiegelung der Innenseite des Kolbens mit einem Reflexionsvermögen von zum Beispiel 99,9% wird statistisch jedes tausendste Photon im Material der Verspiegelung absorbiert. Bei der Reflexion der Strahlung in den Kolben darf der Photonenfluß deshalb lediglich 1000 Reflexionen an der Innenseite des Kolbens erfahren bis er vollständig im Kolben absorbiert wird. Die Wahrscheinlichkeit dafür, daß der Photonenfluß auf dem Reflexionsweg das Filament bzw. den Glühdraht trifft und dort absorbiert wird, ist proportional zum Verhältnis des Filamentvolumens bzw. der Filamentoberfläche zum reflektierenden Kolbenvolumen bzw. zur reflektierenden Kolbenoberfläche.
Zum Erreichen einer möglichst hohen Rückheizung des Filaments ist es daher vorteilhaft, wenn eine große Filamentfläche vorliegt, so daß der Photonenfluß nach möglichst wenigen Reflexionen an der Innenseite des Kolbens auf das Filament trifft und dort absorbiert wird.
Hierbei ist jedoch nachteilig, daß bei vergrößerter Filamentfläche der elektrische Widerstand des Filaments geringer wird, so daß zum Erreichen der für die Lichtemission erforderlichen Filamenttemperatur ein erheblich höherer Strom im Filament erforderlich ist als bei üblicher Filamentfläche bzw. üblichem Filamentquerschnitt. Dies kann zu Sicherheitsproblemen für den Benutzer der Lichtquelle führen. Zusammenfassend liegt hierbei eine Zwickmühle hinsichtlich einer möglichst großen Filamentfläche und der hierfür erforderlichen und nachteiligen hohen Ströme vor.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtquelle der eingangs genannten Art anzugeben, bei der eine hohe Konversionseffizienz mit einfachen Mitteln und sicher erreicht ist. Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch eine Lichtquelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die Lichtquelle derart ausgebildet, daß die Heizeinrichtung ein Heizelement zur indirekten Aufheizung des Filaments aufweist.
In erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, daß die Ausbildung eines separaten Heizelements für das Filament die obige Aufgabe auf überraschend einfache Weise löst. Hierbei wird das Filament indirekt durch das Heizelement aufgeheizt, was den großen Vorteil bietet, daß das Filament unabhängig von seinem elektrischen Widerstandsverhalten ausgestaltet werden kann. Hierdurch ist es möglich, ein großflächiges Filament zu realisieren, das ein hohes Absorptionsvermögen für Wärmestrahlung aufweist, die von der Innenseite des Kolbens reflektiert wird. Die für die Beheizung des Filaments erforderliche Heizeinrichtung kann unabhängig von der Ausgestaltung des Filaments realisiert werden. Foglich ist auch eine Heizeinrichtung realisierbar, die mit sicher handhabbaren elektrischen Strömen arbeitet. Ein elektrischer Kontakt zwischen Heizeinrichtung und Filament ist nicht mehr erforderlich.
Folglich ist mit der erfindungsgemäßen Lichtquelle eine Lichtquelle angegeben, bei der eine hohe Konversionseffizienz mit einfachen Mitteln und mit hoher Sicherheit erreicht ist.
Im Hinblick auf ein möglichst günstiges Absorptionsverhalten für Wärmestrahlung könnte das Filament bandförmig oder ganz allgemein als Flächenfilament ausgebildet sein. Alternativ hierzu könnte das Filament auch ganz allgemein als Volumenfi- lament ausgebildet sein, d.h. als ein Filament, das ein räumliches Volumen einnimmt oder ein Volumen umfaßt. Insbesondere könnte das Filament schalenförmig oder zylindermantelförmig ausgebildet sein. Dabei ist eine Ausgestaltung als vollständiger Zylindermantel oder auch als Teil eines Zylindermantels, insbesondere als Zylindermantelhälfte, denkbar. Im Falle eines im wesentlichen vollständigen Zylindermantels könnte ein derartiger Zylindermantel auch an der Seite offen oder längs geschlitzt ausgebildet sein. Dies ist im Hinblick auf das thermische Ausdehnungsverhalten des Filaments günstig.
Zur Gewährleistung einer besonders effektiven Absorption von von der Innenseite des Kolbens reflektierter Wärmestrahlung könnte der Durchmesser des Zylinder- mantels oder des Zylindermantelteils oder der Zylindermantelhälfte nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des Kolbens sein. Der Kolben könnte dabei röhrenförmig sein. Insbesondere in diesem Fall könnte das Filament konzentrisch in dem Kolben und/oder koaxial zu einer Längsachse des Kolbens in dem Kolben angeordnet sein.
Je nach Ausgestaltung des Filaments könnte das Filament den Innenraum des Kolbens in einen oder mehrere Halb- oder Teilräume aufteilen.
Der Kolben könnte eine derart große Außenoberfläche aufweisen, daß Oberflächenwärme, die durch beispielsweise Wärmestrahlungsabsorption erzeugt wird, durch Konvektionskühlung oder eine andere Zwangskühlung abgeführt werden kann. Die Größe und Form des Filaments und des Kolbens könnten entsprechend aufeinander abgestimmt sein.
Grundsätzlich könnte das Filament Wolfram und/oder Rhenium und/oder Tantal und/oder Zirkonium und/oder Niob aufweisen. Hier ist auf die jeweiligen Erfordernisse der Lichtquelleneigenschaften abzustimmen. Dabei könnte das Filament die letztgenannten Materialien in gesinterter Form aufweisen.
Des weiteren könnte das Filament zumindest teilweise auf einem Nichtmetall aufgebaut sein. Dies könnte die mechanische Stabilität des Filaments verbessern.
Im Hinblick auf besonders hohe Oberflächentemperaturen und besonders hohe Lichtströme im sichtbaren Bereich könnte das Filament zumindest teilweise aus Tantalkarbid und/oder Rheniumkarbid und/oder Niobkarbid und/oder Zirkonkarbid aufgebaut sein. Hierdurch könnten Oberflächentemperaturen erreicht werden, die höher liegen als dies für bekannte Wolframfilamentlampen üblich ist.
Im konkreten könnte das Heizelement ein durch elektrischen Strom aufgeheiztes Glühelement sein. Das Filament wird dabei durch die Wärmestrahlung des Glühelements aufgeheizt. Das Glühelement kann unabhängig vom Filament an die erforderliche Lampenleistung angepaßt werden. Das Glühelement könnte in besonders einfacher Weise eine Heizwendel sein. Im Hinblick auf eine besonders günstige Aufheizung des Filaments durch das Glühelement könnte das Glühelement innerhalb eines durch das Filament gebildeten Raums oder Halbraums, vorzugsweise innerhalb eines Zylindermantels oder einer Zylindermantelhälfte, angeordnet sein. Dabei wird quasi der größte Teil der vom Glühelement abgestrahlten Wärme vom Filament absorbiert. Bei einer Ausgestaltung des Filaments als bereichsweise offener Körper - beispielsweise als Zylindermantelhälfte - könnte das Glühelement zusätzlich zur Lichterzeugung beitragen. Dabei strahlt das Glühelement in der durch die Ausgestaltung des Filaments vorgegebenen Richtung. Hierbei könnte die Lichtquelle schon Licht emittieren, bevor das Filament auf die für die Lichtemission erforderliche Temperatur aufgeheizt ist. Eine zeitliche Verzögerung zwischen Aktivierung der Lichtquelle und Lichtemission ist dadurch weitgehend vermieden.
In besonders einfacher Weise könnte das Glühelement aus Wolfram gebildet sein. Hierbei ist die Verwendung herkömmlicher Wolframheizwendeln denkbar.
In konstruktiv besonders einfacher Weise könnte das Filament an einer Stromzuführung für das Heizelement oder Glühelement befestigt sein. Hierdurch sind zusätzliche Halteeinrichtungen für das Filament im Kolben vermieden.
Alternativ oder zusätzlich zu einer Beheizung des Filaments mittels eines elektrisch aufgeheizten Glühelements könnten zur indirekten Heizung des Filaments magnetische Induktoren in dem Kolben oder außerhalb des Kolbens angeordnet sein. Auch hierdurch ist eine indirekte Heizung des Filaments auf einfache Weise möglich.
Zur Optimierung des Reflexionsverhaltens der Innenseite des für sichtbares Licht transparenten Kolbens könnte der Kolben an seiner Innenseite eine Verspiegelung aufweisen. Hierbei könnte es sich in besonders günstiger Weise um eine dielektrische Mehrschichtbeschichtung handeln. Dabei liegt eine spektral selektive Verspiegelung vor, die im wesentlichen den Wärmestrahlungsanteil reflektiert und den Anteil an sichtbarer Strahlung transmittiert.
Bei einem Filament, das ein Glühelement nicht vollständig umschließt, wird von dem Glühelement Wärmestrahlung auch direkt auf die Innenseite des Kolbens emittiert. . g . P /DE 0911
Von dieser Innenseite erfolgt wiederum eine Reflexion der Wärmestrahlung auf das Filament.
Auch von dem Filament emittierte Wärmestrahlung wird von der Innenseite des Kolbens reflektiert und trägt dadurch zur Rückheizung des Filaments bei. Insgesamt könnte die erfindungsgemäße Lichtquelle als Strahlungsofenlampe bezeichnet werden, wobei der Kolben einen von innen beheizten Strahlungsofen für die Infrarotstrahlung bildet.
Durch die große mögliche Oberfläche des Filaments können Lichtquellen mit großen Lichtleistungen gebaut werden. Auch kann die Farbtemperatur der Lichtquelle unabhängig von der Oberflächentemperatur des Filaments oder des Glühelements eingestellt werden. Dies kann durch die spektral selektive Verspiegelung erfolgen, die die transmittierte Spektralverteilung der aus dem Kolben emittierten Strahlungsleistung und damit die Farbtemperatur vorgeben kann.
Insbesondere kann die Oberflächentemperatur sowohl des Glühelements als auch des Filaments im Vergleich zu bisherigen thermischen Lichtquellen der gleichen Lichtleistung gesenkt werden, denn zum einen muß die gesamte Strahlungsleistung des Glühelements nur der Summe aus der sichtbaren Strahlungsleistung und der thermischen Verlustleistung der Lichtquelle entsprechen. Diese ist aber um den reflektierten und reabsorbierten Wärmestrahlungsanteil bzw. Infrarotstrahlungsleistungsanteil geringer als die Gesamtstrahlungsleistung vergleichbarer bisheriger Temperaturstrahler. Die gesamte thermische spezifische Ausstrahlung ist nach dem Stefan-Bolzmann-Gesetz eine Funktion der Temperatur, so daß das Glühelement der erfindungsgemäßen Lichtquelle gegenüber dem direkt beheizten Filament von vergleichbaren bisherigen thermischen Lichtquellen auf niedrigerer Temperatur betrieben werden kann. Die Oberflächentemperatur des Filaments kann zum anderen ebenfalls vergleichsweise geringer eingestellt werden, da der vergleichbare sichtbare Lichtstrom durch eine größere und kältere Oberfläche des Filaments erzeugt werden kann. Die Filamentoberfläche bildet dabei einen neuen zusätzlichen konstruktiven Freiheitsgrad. Obwohl das Filament auf relativ niedriger Temperatur betrieben werden kann und damit auch eine relativ geringe Verdampfung des Filamentmaterials erreicht ist, kann ein störende Verdampfung aufgrund der sehr großen Oberfläche, die möglichst nahe an der Kolbeninnenseite liegt, auftreten. Durch verdampftes und an der Kolbeninnenseite niedergeschlagenes Filamentmaterial wird die Reflektivität der Innenseite des Kolbens oder der Verspiegelung an der Innenseite des Kolbens herabgesetzt und die Absorption des Kolbens oder der Verspiegelung bzw. die thermische Verlustleistung erhöht. Daher ist es wünschenswert, die Verdampfung des Filamentmaterials weitestgehend zu minimieren.
Zur Minimierung der Verdampfung des Filamentmaterials könnte im Kolben ein Edelgas und/oder ein Halogengas vorliegen, wobei das Halogengas Brom und/oder lod aufweisen könnte. Hierdurch könnte bei einem Wolframfilament ein üblicher Wolf- ramiodidkreislauf erzeugt werden.
Eine alternative Lösung der Verdampfungsproblematik könnte durch eine Beschichtung des Filaments und/oder des Glühelements mit einem Beschichtungsmaterial erfolgen, das einen höheren Schmelzpunkt als das Filament- und/oder das Glühelement-Material aufweist. Dies liegt an der Abhängigkeit des temperaturabhängigen Dampfdrucks eines Festkörpers von seinem Schmelzpunkt. Des weiteren könnte der Niederschlag des Beschichtungsmaterials eine geringere Absorptivität zeigen als der Niederschlag des üblichen Filament- oder Glühelement-Materials. Als Beschichtungsmaterial mit sehr hohem Schmelzpunkt könnte beispielsweise Tantalkarbid und/oder Rheniumkarbid und/oder Niobkarbid und/oder Zirkonkarbid verwendet werden.
Durch die konstruktiv bedingte große Filamentfläche können sehr große Lichtströme erzeugt und von der Lichtquelle emittiert werden, so daß die Beleuchtung von großen Gebäudeinnenräumen oder von Außenarealen mit nur einer erfindungsgemäßen Lichtquelle möglich ist.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol- WO 01/15206 . g . PCT/DE00/00911
gende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildung der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 in einer perspektivischen Seitenansicht das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtquelle und
Fig. 2 in einer Draufsicht das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Seitenansicht das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lichtquelle. Die Lichtquelle ist als Glühlampe ausgebildet, die einen Kolben 1 aufweist, in dem ein Filament 2 angeordnet ist. Zum Aufheizen des Filaments 2 ist eine Heizeinrichtung 3 vorgesehen, die einen elektrischen Strom bereitstellt. Das aufgeheizte Filament 2 emittiert sowohl sichtbares Licht als auch Wärmestrahlung. Die Temperatur des aufgeheizten Filaments 2 kann bei etwa 3000 Grad Celsius liegen.
Im Hinblick auf eine hohe Konversionseffizienz und einen sicheren Betrieb der Lichtquelle weist die Heizeinrichtung 3 ein Heizelement 4 zur indirekten Aufheizung des Filaments 2 auf. Das Heizelement 4 ist ein Glühelement in Wendelform und kann beispielsweise aus Wolfram bestehen. Das Filament 2 ist im wesentlichen zylinder- mantelförmig ausgebildet und weist daher eine große Absorptionsfläche für Wärmestrahlung auf, die von der Innenseite des Kolbens 1 reflektiert wird. Hierdurch wird das Filament 2 effektiv durch die reflektierte Wärmestrahlung rückgeheizt. Dadurch ist es möglich, eine geringere Temperatur des Heizelements 4 zu wählen als dies bei einer herkömmlichen Lichtquelle mit gleicher Lichtleistung erforderlich wäre. Folglich kann die erfindungsgemäße Lichtquelle mit geringerer Energie und damit wirtschaftlicher als herkömmliche Lichtquellen betrieben werden.
Das zylindermantelförmige Filament 2 ist in einfacher Weise an einer Stromzufühung 5 für das Heizelement 4 befestigt. Das Heizelement 4 oder Glühelement in Form einer Wendel ist konzentrisch und koaxial zum Filament 2 positioniert. Das Filament 2 ist wiederum konzentrisch und koaxial zu dem quasi röhrenförmigen Kolben 1 im Kolben 1 angeordnet. Das zylindermantelförmige oder röhrenförmige Filament 2 ist aus Wolfram ausgebildet.
Im unteren Ende des Kolbens 1 sind elektrische Kontakte 6 zur Stromzuführung vorgesehen. Die elektrischen Kontakte 6 sind mit dem unteren Ende des Kolbens 1 verschmolzen.
Der Durchmesser des Filaments 2 ist nur geringfügiger kleiner als der Durchmesser des Kolbens 1.
An der Innenseite des Kolbens 1 ist eine Verspiegelung 7 vorgesehen. Die Verspiegelung 7 dient zur wirkungsvollen Reflexion der vom Heizelement 4 und/oder vom Filament 2 emittierten Wärmestrahlung.
Das Heizelement 4 und/oder das Filament 2 könnten eine Beschichtung aus einem Material mit sehr hohem Schmelzpunkt aufweisen. Hierdurch könnte ein Verdampfen von Filament- und/oder Heizelement-Material reduziert werden.
Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1. Dabei ist besonders gut erkennbar, daß das Filament 2 im wesentlichen konzentrisch in dem Kolben
1 angeordnet ist und daß das Heizelement 4 im wesentlichen mittig in dem Filament
2 positioniert ist.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, daß das zuvor rein willkürlich gewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims

Patentansprüche
1. Lichtquelle, insbesondere Glühlampe, mit einem Kolben (1), einem in dem Kolben (1) angeordneten Filament (2) und einer Heizeinrichtung (3) für das Filament (2), wobei das Filament (2) sowohl sichtbares Licht als auch Wärmestrahlung emittiert, dadu rch geken nzeichnet, daß die Heizeinrichtung (3) ein Heizelement (4) zur indirekten Aufheizung des Filaments (2) aufweist.
2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament bandförmig oder als Flächenfilament ausgebildet ist.
3. Lichtquelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Filament (2) schalenförmig, zylindermantelförmig oder als Volumenfilament ausgebildet ist.
4. Lichtquelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Filament als Zylindermantelhälfte ausgebildet ist.
5. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament (2) als offener, längs geschlitzter Zylindermantel ausgebildet ist.
6. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Zylindermantels oder der Zylindermantelhälfte nur geringfügig kleiner als der Durchmesser des Kolbens (1) ist.
7. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament (2) konzentrisch in dem Kolben (1) angeordnet ist.
8. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament (2) koaxial zu einer Längsachse des Kolbens (1) angeordnet ist.
9. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament (2) Wolfram und/oder Rhenium und/oder Tantal und/oder Zirkonium und/oder Niob, vorzugsweise in gesinterter Form, aufweist.
10. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament zumindest teilweise aus einem Nichtmetall aufgebaut ist.
11. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament zumindest teilweise aus Tantalkarbid und/oder Rheniumkarbid und/oder Niobkarbid und/oder Zirkonkarbid aufgebaut ist.
12. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (4) ein durch elektrischen Strom aufgeheiztes Glühelement ist.
13. Lichtquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühelement eine Heizwendel ist.
14. Lichtquelle nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühelement innerhalb eines durch das Filament (2) gebildeten Raums oder Halbraums, vorzugsweise innerhalb eines Zylindermantels oder einer Zylindermantelhälfte, angeordnet ist.
15. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühelement aus Wolfram gebildet ist.
16. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament (2) an einer Stromzuführung (5) für das Heizelement (4) befestigt ist.
17. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur indirekten Heizung des Filaments magnetische Induktoren in dem Kolben angeordnet sind.
18. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur indirekten Heizung des Filaments magnetische Induktoren außerhalb des Kolbens angeordnet sind.
19. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (1) an seiner Innenseite eine Verspiegelung (7) aufweist.
20. Lichtquelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspiegelung (7) durch eine dielektrische Mehrschichtbeschichtung gebildet ist.
21. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Kolben (1) ein Edelgas und/oder ein Halogengas vorliegt.
22. Lichtquelle nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, daß das Halogengas Brom und/oder lod aufweist.
23. Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Filament (2) und/oder das Glühelement mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet sind, das einen höheren Schmelzpunkt als das Filament- und/oder das Glühelement-Material aufweist.
24. Lichtquelle nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial Tantalkarbid und/oder Rheniumkarbid und/oder Niobkarbid und/oder Zirkonkarbid aufweist.
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