DE3750683T2 - Lampe vom Reflektortyp mit verringertem Fokalverlust. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Lichtquellen vom Reflektortyp und insbesondere Lampen vom Reflektortyp, bei denen danach getrachtet wird, den Sammelwirkungsgrad des Reflektors zu vergrößern.
• Es ist nach dem Stand der Technik durchaus bekannt, PAR (parabolic illuminized reflector)-, ER (elliptical reflector)- oder R (reflector)- Lampen für allgemeine Verwendungen als Spotbeleuchtung und Flutlicht zu benutzen. R-, PAR- und ER-Lampen waren vor allen Dingen für die Verwendung im Außenbereich bei kurzen und mittleren Distanzen außergewöhnlich populär, wie auch für Display, Dekoration, Akzentuierung und Inspektion bei Beleuchtung von oben. Die Anmelderin stellt derartige Lampen her.
• Typischerweise bestehen PAR-Lampen aus Hartglas und besitzen einen mittleren Sockelkragen oder einen Sockel vom Schraubtyp an ihrem hinteren Ende, um die jeweilige Lampe mit der gewünschten Leistungsquelle zu verbinden.
• Lampen der PAR- Varietät besitzen typischerweise eine Linse, die teilweise oder im wesentlichen vollständig mit kleinen halbkugeligen Vorsprüngen bedeckt sein kann, die wiederum in Kombination mit einer gepunkteten Fläche verwendet werden können (die beispielsweise durch Strahlen mit Schrot oder Sand erzeugt werden kann), oder die gepunktete Fläche kann auch allein verwendet werden. Der von einer PAR-Lampe erzeugte Strahl ist typischerweise von im wesentlichen konischer Konfiguration und erzeugt ein im wesentlichen rundes Muster. Dieses Muster wechselt zu oval oder elliptisch, sobald die Lampe unter einem spitzen Winkel auf die Lichtauftreffsfläche gerichtet wird.
• Eines der Probleme, denen Hersteller von Lampen vom Reflektortyp begegnen, bestand darin, durch den Vorschlag verschiedener Reflektoren- und Linsendesigns die Kerzenstärke zu erhöhen, um Streulicht nutzbar zu machen, das von der speziell verwendeten Lichtquelle ausgesandt wird. "Lichtquelle" kann als ein Glühfaden oder als eine Wolframhalogenkapsel oder als HID (high intensity discharge)- Röhre definiert werden. Bei Verwendung eines Glühfadens oder einer Glühlampe als Lichtquelle ergibt sich ein signifikanter Anstieg des Streulichts, sobald die Länge der Glühwendel größer wird und weniger Licht den zentralen Winkelbereich des Reflektors passiert. Das Problem wird verstärkt, wo höhere Wattleistungen gewünscht werden, und zwar infolge der Tatsache, daß die Gesamtlänge des Glühfadens mit der Wattleistung anwächst und die Halterungseinrichtungen für solche Glühfäden komplexer werden, was es schwieriger macht, das Licht zu steuern, das den zentralen Winkelbereich passiert. Dies erfordert wiederum die Ausarbeitung von komplexerer Reflektor- und Linsenkonfigurationen, um auf wirksame Weise Streulicht in den Hauptkegel der Lampe vom Reflektortyp zu reflektieren, wodurch versucht wird, die Kerzenstärke einer eine spezielle Watt- und Voltzahl aufweisendenen Lampe zu vergrößern.
• Es wird deshalb angenommen, daß ein Bedarf an einer Konstruktion einer Lampe vom Reflektortyp vorhanden ist, bei der der Fokalverlust verringert und der Sammelwirkungsgrad verbessert ist, um bei einer Lampe mit einer bestimmten Wattzahl, Voltzahl und Effizienz die Kerzenstärke zu vergrößern. Die Vergrößerung des Sammelwirkungsgrades kann zu einem einfacheren Reflektor- und Linsendesign führen, was einen signifikanten Fortschritt in der Technik darstellen würde.
• Es ist deshalb eine vornehmliche Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Lampe vom Reflektortyp zu schaffen, die einen höheren Wirkungsgrad aufweist und einfachere Reflektor- und Linsenauslegungen benutzt wodurch Streulicht reduziert und in den zentralen Winkelbereich des Reflektors kanalisiert wird, wo es einfacher gesteuert werden kann und zu einem Anwachsen der Kerzenstärke führt.
• In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Lampe vom Reflektortyp zur Verfügung gestellt, die einen verringerten Fokalverlust und einen Reflektor besitzt, der einen winkelförmigen Zentralbereich und eine Lichtquelle aufweist, die innerhalb des Reflektors angeordnet ist, wobei die Lichtquelle umfaßt:
• eine hermetisch abgedichtete, lichtdurchlässige Hülle; Elemente zur strukturellen und elektrischen Montage eines Glühfadens innerhalb der Hülle;
• einen Doppelwendel-Glühfaden aus hitzebeständigem Metall, der mit den genannten Montageelementen elektrisch verbunden und von denselben gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß der primäre Wicklungsdurchmesser D&sub1; und der sekundäre Wicklungsmesser D&sub2; des Glühfaden dargestellt sind durch:
• D&sub1; = d (A+2) und
• D&sub2; = D&sub1; (8+2)
• wobei:
• d = der Drahtdurchmesser des Glühfadens ist und
• 1.70 A 4.00, sowie
• B A sind
• und wobei der sekundäre Wicklungsdurchmesser D&sub2; kleiner ist als die Länge der Doppelwendel, derart, daß die Kompaktheit des Glühfadens für einen verringerten Fokalverlust und eine verbesserte Reflektorsammeleffizienz sorgt, da das Licht von dem Glühfaden in den winkelförmigen Zentralbereich des Reflektors hineinkanalisiert wird.
• In Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verringerung des Fokalverlusts und Vergrößerung der Effizienz der Sammlung durch den Reflektor bei einer Lampe vom Reflektortyp geschaffen, bei welcher die Lampe einen Reflektor, eine innerhalb des Reflektors angeordnete Lichtquelle und eine an den Reflektor angrenzende Linse aufweist, wobei dieses Verfahren aus den folgenden Schritten besteht:
• Zurverfügungstellen einer Litze aus Faser-Glühfadendraht spezieller Länge und speziellen Durchmessers für eine spezielle Wattleistung, Spannung und Leistungsfähigkeit; Wickeln dieses Glühfadendrahtes um einen primären Dorn mit einem Durchmesser M&sub1;, der durch M&sub1; = A (d) bestimmt ist, um eine primäre Wendel zu erzeugen, bei welcher 1,70 A 4,00 ist;
• Wickeln der primären Wendel um einen sekundären Dorn mit einem sekundären Dorndurchmesser M&sub2;, der durch M&sub2; = B (M&sub1;+2d) bestimmt ist, um eine Doppelwendel zu erzeugen, bei welcher B A und der Durchmesser (D&sub2;) dieser Doppelwendel kleiner ist als ihre Länge; Entfernen im wesentlichen des gesamten Kerns des Doppelwendel-Glühfadens;
• axiale Montage des Glühfadens innerhalb der Längsachse einer Hülle, um die Lichtquelle zu bilden;
• Anordnen dieser Lichtquelle innerhalb des zentralen Winkelbereichs des Reflektors.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden lediglich beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:
• Figur 1 eine Seitenansicht einer elektrischen Lampe vom Reflektortyp ist, von der ein Teil weggeschnitten ist, um die Lichtquelle darin zu zeigen und die in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
• Figur 2 eine Ausführungsform einer Glühlampe verdeutlicht, insbesondere einer von der Wolframhalogen-Varietät, mit einer Glühfadenkonfiguration, die Streulicht in einer Lampe vom Reflektortyp reduziert;
• Figur 3 einen Glühfadendraht zeigt, der zur Bildung einer Glühfadenwendel gewickelt worden ist;
• Figur 4 einen Glühfadendraht darstellt, der zur Bildung eines Doppelwendelglühfadens gewickelt worden ist;
• Figur 5 einen Glühfadendraht darstellt, der um einen primären Dorn zur Bildung einer primären Wendel gewickelt worden ist;
• Figur 6 eine primäre Wendel darstellt, die um einen zweiten Dorn gewickelt worden ist, um einen Doppelwendelglühfaden zu bilden;
• Figur 7 die verschiedenen, mit der Bestimmung des äußeren Durchmessers einen Doppelwendelglühfadens nach vorliegender Erfindung verbundenen Parameter zeigt; und
• Figur 8 eine graphische Darstellung ist, welche die Kurven der Kerzenstärke zweier Lampen verdeutlicht, die Glühfäden unterschiedlicher Länge für gleiche Wattleistungen besitzen.
• Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung zusammen mit anderen und weiteren Aufgaben, Vorteilen und Fähigkeiten derselben wird auf die nachfolgende Offenbarung und die beigefügten Ansprüche in Verbindung mit den oben beschriebenen Zeichnungen hingewiesen.
• Es wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen. In Figur 1 ist eine Lampe 10 vom Reflektortyp gezeigt, die ein Reflektorelement 12, ein Linsenelement 14, eine darin angeordnete Lichtquelle 16 und einen Sockel 18 aufweist. Der Reflektor 12 und die Linse 14 können durch ein Klebemittel verbunden sein, beispielsweise ein Epoxy-Harz, oder zusammengeschmolzen sein. Das Linsenelement 14 hat typischerweise eine leicht konvexe äußere Stirnfläche und eine optische Anordnung auf seiner inneren Fläche. Das Reflektorelement 12 umfaßt einen parabolischen Abschnitt 20 mit einer lichtreflektierenden Beschichtung, die typischerweise aus Aluminium oder Silber besteht, und einen zweiten, im wesentlichen zylindrischen, Abschnitt 22 (der ebenfalls reflektierend sein kann). Der zweite zylindrische Abschnitt 22 besitzt auf seiner äußeren Oberfläche vorstehende Rippen 24, die sich von der Basis des parabolischen Abschnitts 20 zur Rückseite des Reflektorelements 12 hin erstrecken; die vorstehenden Rippen 24 sind in Umfangsrichtung rund um den zweiten zylindrischen Abschnitt 22 angeordnet. Das Reflektorelement 12 ist vorzugsweise ein parabolischer Reflektor, kann jedoch auch ein elliptischer Reflektor sein.
• In der elektrischen Lampe 10 ist eine Lichtquelle 16 angeordnet, die bei der bevorzugten Ausführungsform eine Wolframhalogenkapsel ist, die eine Hülle 32 besitzt, die eine inerte Gasfüllung und ein Halogen enthält. Die Kapsel 16 ist innerhalb des Reflektors 12 angeordnet, von diesem im wesentlichen umgeben und verläuft im wesentlichen senkrecht zur Linse 14 positioniert. Die Kapsel 16 ist ferner an einer Halterung befestigt und wird von derselben abgestützt, die wiederum am Reflektor 12 befestigt ist. Die Lampe 10 kann ferner ein Gleichrichterelement besitzen, wie eine Diode, sowie einen Schmelzdraht (welche nicht gezeigt sind), der mit der Kapsel 16 und dem Sockel 18 in Serie geschaltet ist.
• In Figur 2 ist ein Beispiel einer Glühlampe 30 dargestellt, die bei dieser speziellen Ausführungsform vom Wolfram-Halogen-Typ ist, die eine kompakte Glühfadenkonfiguration verwendet, welche Streulicht in einer Lampe vom Reflektortyp reduziert. Der verwendete Glühdraht kann von der Art Feindraht sein, die als Glühdraht mit einem Durchmesser von etwa 0,11 mm (4,5 mils) oder weniger definiert ist. Die Lampe 30 besitzt eine rohrförmige Hülle 32 aus einem geeigneten lichtdurchlässigen Material, wie Aluminiumsilikatglas. Ein Paar Zuleitungsdrähte 34 und 36, von denen Teile als Halterung dienen, sind in der Quetschdichtung 38 der Hülle 32 eingesiegelt. Die Zuleitungsdrähte 34 und 36 können aus Molybdän hergestellt sein, das eine verhältnismäßig spannungsfreie, hermetische Abdichtung mit der Glashülle 32 bildet. Eine Doppelwendel 40 mit Stegen 41 aus einem hitzebeständigen Metall (beispielsweise Wolfram) ist innerhalb der Hülle 32 angeordnet und mit den inneren Enden der Zuleitungsdrähte 34 und 36 verbunden. Bei dieser besonderen Ausführungsform ist die Hülle 32 mit einem Füllgas gefüllt, das ein inertes Gas und ein Halogen oder ein Halogenid enthält. Geeignete Beispiele solcher inerter Gase umfassen Argon oder Krypton oder Xenon und Stickstoff. Das Halogen- oder Halogenid- Additiv, das sich unter der Hitze des Lampenbetriebs in gasförmigem Zustand befindet oder auch als Teil der gasförmigen Verbindung inkorporiert sein kann, arbeitet im Sinne einer Reduzierung der Verfärbung der Lampenhülle.
• Die Figuren 3 und 4 illustrieren vergrößerte Ansichten jeweils einer Wolframwendel 40 und ihrer Doppelwendelstufen. Jede Stufe besitzt eine Steigung oder prozentuale Steigung, die S entspricht, dem Abstand von Mitte zu Mitte der Windungen, geteilt durch d, den Durchmesser des Drahtes oder der Wendel, multipliziert mit 100. Figur 3 illustriert speziell die primäre Steigung des Glühfadens 40A, der einen Abstand S&sub1; von Mitte zu Mitte, einen Drahtdurchmesser d&sub1; und einen äußeren Durchmesser D&sub1; besitzt. Gemäß der vorliegenden Erfindung haben die primäre Steigung (bzw. Pitch) P&sub1; = S&sub1;/d&sub1; und der sekundäre Pitch P&sub2; = S&sub2;/d&sub2; (Anmerkung: d&sub2; = D&sub1;) Werte, die etwa 1,70 (oder 170 %) nicht überschreiten. In Figur 4 bedeutet S&sub2; den Mitte-zu-Mitte- Abstand des Doppelwendel-Glühfadens, wobei d&sub2; (Anmerkung: d&sub2; = D&sub1;) der primäre Wendeldurchmesser und BL die Körperlänge des doppelt gewendelten Glühfadens sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform bewegt sich die sekundäre Steigung des Glühfadens im Bereich von etwa 1,40 bis etwa 1,60.
• Ich habe überraschenderweise ein Verfahren zur Reduzierung der Fokalverlusts und zur Vergrößerung des Sammelwirkungsgrades des Reflektors in einer Lampe vom Reflektortyp entdeckt, wie der Lampe 10. Bezugnehmend auf die Figuren 5 bis 7 besteht das Verfahren aus den Schritten der Zurverfügungsstellung eines Abschnittes Faser-Glühdrahtes 39 mit spezieller Länge L und speziellem Durchmesser d für eine spezielle Wattleistung, Spannung und Effizienz, sowie des Wickelns des Glühfadendrahtes 39 um einen primären Wickeldorn 50, der einen Durchmesser M&sub1; besitzt der bestimmt ist durch M&sub1; = A(d), um eine primäre Wendel 40A herzustellen, wie sie in Figur 5 gezeigt ist, wobei die Werte von A durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
• 1,70 A 4,00.
• Unter Hinweis auf Figur 6 umfaßt das Verfahren ferner den Schritt des Wickelns der primären Wendel 40A um einen sekundären Wickeldorn 60 mit einem sekundären Dorndurchmesser M&sub2;, der bestimmt wird durch: M&sub2; = B(M&sub1;+2d), um einen Doppelwendelkonfiguration herzustellen, wobei B A ist. Wie jeweils in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist der primäre Wicklungsdurchmesser = D&sub1; und der sekundäre Wicklungsdurchmesser - D&sub2;. Das Verfahren umfaßt ferner den Schritt des Entfernens im wesentlichen des gesamten Kerns des Doppelwendelglühfadens 40 mit Ausnahme der Entfernung des Kern in den Stegen 41 des Glühfadens 40. Der Kern in den Stegen 41 wird vorzugsweise intakt gelassen, um die strukturelle Integrität des Glühfadens 40 zu bewahren, wenn der Glühfaden innerhalb der Hülle montiert wird, indem man bei der Bildung der Lichtquelle 16 denselben mittels der Stege an der Halterung anquetscht oder anderweitig befestigt. Die Lichtquelle 16 wird sodann innerhalb des zentralen Winkelbereichs des Reflektors 12 angeordnet.
• Figur 7 verdeutlich den äußeren Durchmesser D&sub2; der in Figur 6 dargestellten Glühfadenwicklung, wobei der primäre Wickeldorndurchmesser M&sub1; größer ist als der Durchmesser des Glühfadendrahtes 39 und der sekundäre Wickeldorndurchmesser M&sub2; größer ist als der Durchmesser der primären Wendel 40A. Figur 7 soll zeigen, daß sowohl das primäre Wickeldornverhältnis A als auch das sekundäre Wickeldornverhältnis B größer als 1 sind, und daß das sekundäre Wickeldornverhältnis (d.h. B = M&sub2;/D&sub1;) größer ist als das primäre Wickeldornverhältnis (d.h. A = M&sub1;/d),
• wobei 1,70 A 4,00 und B A ist.
• Um die Verbesserung der Kompaktheit der Wendel oder des Glühfadens durch die Verwendung größerer Wickeldornverhältnisse bzw. größerer Wickeldornquotienten zu verdeutlichen, insbesondere dort, wo der sekundäre Wickeldornquotient größer ist als der primäre Wickeldornquotient, werden zwei Lampen verwendet, die einen sichtbaren Unterschied in Wert, Wattleistung und Spannung aufweisen: eine mit 245 V betriebene 105-Watt-Lampe und eine mit 84 V betriebene 35-Watt-Lampe. Jedes Beispiel verdeutlicht zunächst einen Glühfaden, der unter Verwendung niedrigerer Wickeldornquotienten gewickelt worden ist, was als bevorzugtes Verfahren zur Entwicklung eines Glühfadens angesehen wurde, der ein hohes Maß an struktureller Festigkeit zeigt, aber statt dessen befindet sich die Festigkeit zwischen den gehaltenen Teilen des Glühfadens. Unter Stoßeinwirkung tendieren die langen Glühfäden dazu, exzessiv zu vibrieren. Dies rührt teilweise von ihrer Länge her und teilweise von der Tatsache, daß diese Glühfäden weniger gleichmäßig aufgeheizt werden, und zwar infolge der näheren oder kleineren inneren Steigung, die von kleinen Wickeldornquotienten herrührt. Anschließend wird ein anderes Beispiel eines verbesserten Verfahrens der Wicklung eines Glühfadens unter der Verwendung von größeren Werten der Wickeldornquotienten folgen, um einen hohen Grad an Kompaktheit zu erzielen und dadurch das ausgesandte Licht in den zentralen Winkelbereich des Reflektors der Lampe zu kanalisieren. 105 WATT/ 245 VOLT Ausgangsdraht Länge Durchmesser Musterwicklung Verbesserte Wicklung Primärer Wickeldornquotient(A) Sekundärer Wickeldornquotient (B) Faktor BL = Körperlänge D&sub2; = äußerer Durchmesser
• Im Hinblick auf die 105 Watt/245 Volt-Lampe ist als erstes festzustellen, daß solch eine Lampe einen extrem langen Draht dünnen Durchmessers verwenden wird, wie durch den aus dem Verhältnis von Länge zu Drahtdurchmesser (L/d) erhaltenen Wert angezeigt wird, deshalb ist bei solch einer Lampe ein optimales Wickeln eines derartigen Drahtes extrem wichtig. Bei der Musterwicklung, bei der die Wickeldornquotienten niedrig sind, ist das resultierende Verhältnis von Körperlänge (BL) zu äußerem Durchmesser (D&sub2;) etwa 65:1; dies führt zu einem langen, lockeren Glühfaden, der letztendlich zumindest eine oder mehr zusätzliche Glühfadenhalterungen benötigt, damit er innerhalb einer kleinen Glühlampenhülle gehaltert werden kann. Auf der anderen Seite verwendet die verbesserte Wicklung größere Wickeldornquotienten, insbesondere einen sekundären Wickeldornquotienten, der größer ist als der primäre Wickeldornquotient, was ja zu einem Verhältnis von Körperlänge zu äußerem Durchmesser von etwa 37:1 führt. Anschaulicherweise ist die verbesserte Glühfadenauslegung viel kompakter und erfordert, in Abhängigkeit von der Art des Halterungsaufbaus, wahrscheinlich keine zusätzlichen Glühfadenstützen oder zumindest weniger Stützen als die Musterwicklung. Was das Beispiel des 35 Watt/84 Volt-Glühfadens angeht, zeigen sich ähnliche Resultate insofern, als die verbesserte Wicklung ein verringertes Verhältnis von Körperlänge zu äußerem Durchmesser ergibt, was zu einem kompakteren Glühfadendesign führt. Bei jedem der obigen Beispiele wird die kompaktere Gestaltung durch größere Wickeldornquotienten erreicht, wobei die obere Grenze der Werte der Wickeldornquotienten dadurch bestimmt ist, daß die Körperlängen (BL) des endgültigen Glühfadendesigns größer als der äußere Durchmesser (D&sub2;) des sich ergebenden Glühfadens oder diesem gleich ist.
• Eine Lampe vom Reflektortyp mit verringertem Fokalverlust und einer Verbesserung des Sammelwirkungsgrades des Reflektors umfaßt, under anderem, eine Lichtquelle mit einer Glühfadenauslegung, die einen primären Wicklungsdurchmesser D&sub1; und einen sekundären Wicklungsdurchmesser D2 besitzt, wobei D&sub1; = d(A+2) und D&sub2; = D&sub1;(B+2) beträgt, und wobei d dem Durchmesser des Glühfadendrahts gleich ist und
• 1,70 A 4,00 und B A ist.
• Infolge der Kompaktheit eines solchen Glühfadens innerhalb der Lichtquelle wird ein größerer Anteil des von ihr ausgesandten Lichts in den zentralen Winkelbereich des Reflektors kanalisiert, was wiederum zu einem Anwachsen der Kerzenstärke und des Strahles der Lampe führt. Der nachfolgende Vergleichstest gemäß Figur 7 sollte die Erfindung in klarstellender Weise illustrieren.
• Der Test wurde mit zwei Hartglas-Halogen (HGH)-Kapseln durchgeführt, die Wattleistungen nahe an 45 Watt besaßen und mit einer Spannung von etwa 84 Volt betrieben wurden, aber unterschiedlich lange Glühfäden aufwiesen. Ein parabolischer Reflektor aus Aluminium mit einer Fokallänge von 1,14 cm (0,45 Zoll) wurde mit einer PAR 38-Flutlichtlinse verwendet, die eine mit einem kontinuierlichen Muster ausgefüllte Mitte aufwies. PAR 38 Flutlichtlampen - HGH-Kapseln WATT/VOLT AUSGANGSDRAHT Länge(L)/Durchmesser(d) Hüllengröße Primärer Wickeldornquotient (A) Sekundärer Wickeldornquotient (B) Glühfadenlänge Äußerer Durchmesser Schrumpf-Faktor Gebrauchswirkungsgrad (Reflektor) Kapsellumen Zoll Lumen
• Die Kerzenstärken der beiden Lampen über dem vom Zentrum derselben ausgehenden Winkel sind als A und B in Figur 8 gezeigt. Die Lampe A hatte einen Strahlwinkel von etwa 24º und einen Flutwinkel von etwa 41º, während die Lampe B einen Strahlwinkel von etwa 26º und einen Flutwinkel von etwa 48º hatte. Die Kurve A (45 Watt) ist als A' (gestrichelte Linie) normalisiert, um sie auf die Kapsellumen des längeren Glühfadens (46,6 Watt) einzustellen (Kurve B). Ohne die Linse ergab der längere Glühfaden eine minimale Strahlgröße von 40º, während der kürzere Faden eine minimale Strahlgröße von 27º lieferte. Dies waren dann die verhältnismäßig scharf sichtbaren Ränder, sobald auf die minimale Strahlgröße bzw. -weite eingestellt war. Der längere Glühfaden produzierte mehr Streulicht in die Ränder des Musters hinein und besaß dementsprechend einen geringeren Nutzungswirkungsgrad, 62% verglichen mit 67% für den kürzeren Glühfaden. Dies verdeutlicht den Vorteil eines besseren Sammelns durch die kürzere, kompaktere Glühfadengestaltung der Lichtquelle.
• Das vorgenannte Beispiel zeigt, daß es bei der Gestaltung von Glühfadenkonfigurationen zur Verwendung bei Lampen vom Reflektortyp zu bevorzugen ist, eine Glühfadengestaltung zu benutzen, die die Lichtenergie über den zentralen Winkelbereich gleichmäßig verteilt, während ein vernünftiges Maß an Kompaktheit beibehalten wird, um die Aufgabe des Formens des von der Lampe mit einer geeigneten Linse ausgestrahlten Lichts zu vereinfachen. Auf der anderen Seite streut ein langer Glühfaden (niedrige Wickeldornverhältnisse) das Licht zu weit, über den gewünschten Zentralbereich hinaus, derart, daß Bereiche des Reflektors getroffen werden, die das Licht in großem Umfang dispergieren, was dazu führt, daß es viel schwieriger wird, den Strahl mit einer Linse zu formen. Eine einen kleinen Durchmesser aufweisende Glühfadenauslegung tendiert wiederum dazu, eine heiße Stelle (hot spot) in der Mitte aufzuweisen, die eine sehr helle Stelle in der Mitte des Glühfadens bildet, wodurch es sehr schwierig wird, das Licht mittels einer Linse wirksam zu verteilen.
• Im Hinblick auf die Auslegung von Lampen des Reflektortyps für den Betrieb bei hohen Spannungen, speziell für einen Betrieb bei 225 und 245 Volt, erfordern diese Lampen typischerweise ein Ausgehen von extrem langen Glühfadendrähten (wie weiter oben in der Beschreibung dargelegt wurde). Darüber hinaus fordern Glühfäden, die dafür ausgelegt worden sind, bei Netzspannungen wie 120 oder 130 Volt zu arbeiten, ebenfalls ein Ausgehen von einem langen Glühfadendraht. Das verbesserte Verfahren zur Verringerung des Fokalverlusts und Verbesserung des Sammelwirkungsgrades sorgt für das Wickeln eines Glühfadendrahtes zu einer kompakten Wendel, die besonders nützlich für diese Anwendung ist und zu einem verbesserten Betrieb bei hohen Spannungen führen kann, nachdem typische Wicklungstechniken zu extrem langen Glühfäden, die größere Hüllen erfordern, zu komplexeren Haltungsanordnungen und zu stärkerer Streuung von Licht geführt haben. Darüberhinaus kann die vorgenannte Glühfadenauslegung bzw. -gestaltung auch ohne ein Element zur Reduzierung oder Gleichrichtung der Spannung (beispielsweise eine Diode) führen, was die Modulation des Lichts und Leistungsschwankungen eliminiert, die aus der Verwendung eines solchen Gleichrichterelements herrühren. Das Eliminieren des Gleichrichterelements ist im Bereich von 225 bis 245 Volt besonders wichtig, da die kleine Glühfadenmasse zu stärkeren thermischen Schwankungen führt, und ist nützlich, wo wegen der durch die Lampenkapsel erzeugte Hitze, der der Gleichrichter ausgesetzt ist, kleine Reflektorlampendesigns gesucht werden.
• In der Vergangenheit wurde durch die Verringerung des Spannungsbedarfs der Lampe ein Durchhängen des Glühfadens verringert und Kompaktheit erreicht, so daß ein kürzerer Glühfadendraht mit größerem Durchmesser verwendet werden konnte.
• Der kürzere, dickere Draht erlaubte eine Vergrößerung des Dornquotienten, um Kompaktheit zu erreichen, doch wurden dadurch Transformatoren erforderlich, um die Netzspannung zu verringern. Die Lehren der vorliegenden Erfindung stellen die Fähigkeit zur Verfügung, kompakte Hochspannungsglühfäden zu gestalten, die zu einer Vereinfachung in der Auslegung der Reflektorleuchten und letztendlich niedrigeren Kosten führen, und zwar infolge der Eliminierung eines Transformators (oder eines Elements zur Reduzierung der Spannung) in einigen Beleuchtungskörpern bzw. Leuchten. Die kompaktere Glühfadenauslegung gemäß vorliegender Erfindung führt ferner auch zu einer Vergrößerung der strukturellen Festigkeit und erlaubt eine kleinere Kapselkonstruktion (und möglicherweise kleinere Reflektorlampen) für Hochdruck-Wolframhalogen-Lampen verschiedener Leistungs- und Spannungswerte, was zu niedrigerem Energieverbrauch der Kapseln und zu besserem Containment bei möglichen Lampenausfällen infolge Durchbrennen führt. Dies führt wiederum zu geringeren Materialkosten für Glas, Füllgas etc. Die Glühfadenkonstruktion und das Verfahren zur Herstellung solcher Glühfäden gemäß vorliegender Erfindung läßt sich auf Lampen niedriger Leistung anwenden, die eine Hartglashülle benutzen, und kann auf Lampen hoher Leistung angewendet werden, die ein Material für die Hülle benutzen, das hohen Temperaturen widersteht, beispielsweise Quarz.
• Während gezeigt wurde, was derzeit als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angesehen wird, wird es Fachleuten deutlich sein, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims (14)

1. Lampe vom Reflektortyp mit verringertem Fokalverlust mit einem Reflektor (12), der einen winkelförmigen Zentralbereich und eine Lichtquelle (16) aufweist, die innerhalb des Reflektors (12) angeordnet ist, wobei die Lichtquelle (16) umfaßt Eine hermetisch abgedichtete, lichtdurchlässige Hülle (32);

Elemente (34, 36) zur strukturellen und elektrischen Montage eines Glühfadens (40) innerhalb der Hülle (32); und

einen Doppelwendel-Glühfaden (40) aus hitzebeständigem Metall, der mit den genannten Montageelementen (34,36) elektrisch verbunden und von denselben gehalten ist, wobei der primäre Wicklungsdurchmesser D&sub1; und der sekundäre Wicklungsdurchmesser D&sub2; des Glühfadens (14) dargestellt sind durch:

D&sub1; = d (A+2) und

D&sub2; = D&sub1; (B+2)

wobei:

d = dem Drahtdurchmesser des Glühfadens

1,70 ≤ A ≤ 4,00

B ≥ A

und wobei der sekundäre Wicklungsdurchmesser D&sub2; kleiner ist als die Länge (BL) der Doppelwendel (40),

derart, daß die Kompaktheit des Glühfadens (40) für einen verringerten Fokalverlust und für eine verbesserte Reflektorsammeleffizienz sorgt, da das Licht von dem Glühfaden in den winkelförmigen Zentralbereich des Reflektors (12) hinein kanalisiert wird.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfaden (40) ein primäres Pitchverhältnis und ein sekundäres Pitchverhältnis aufweist, die etwa 1,70 nicht überschreiten.

3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Pitch des Glühfadens (40) sich im Bereich von etwa 1,40 bis etwa 1,60 befindet.

4. Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Halterung des Glühfadens der Lichtquelle aus zumindest zwei Leitungsdrähten (34,36) bestehen.

5. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtdurchmesser (d) des doppelt gewendelten Glühfadens etwa 0,114 mm (4,5 mils) oder weniger beträgt.

6. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (32) der Lichtquelle (16) ein Füllgas einschließt, das ein Halogen oder ein Halogenid als Teil desselben enthält.

7. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (34,36) für die Montage des Glühfadens (40) ein Paar Zuleitungsdrähte (34,36) umfassen, die in die Hülle (32) durch Quetschung eingesiegelt sind und sich von derselben wegerstrecken.

8. Lampe nach ieinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfaden (40) im wesentlichen kernlos ist, mit Ausnahme der Anschlußenden (41) des Glühfadens (40).

9. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (32) der Lichtquelle eine Infrarot reflektierende Schicht aufweist, derart, daß infrarotes Licht auf den Glühfaden (40) zurückreflektiert wird.

10. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (12) ein aluminisierter parabolischer Reflektor ist.

11. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (12) ein elliptischer Reflektor ist.

12. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (12) eine dichroische Beschichtung aufweist.

13. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (12) eine metallische Beschichtung aufweist, wobei das Metall aus der aus Aluminium und Silber bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

14. Verfahren zur Verringerung des Fokalverlusts und Vergrößerung der Effizienz der Sammlung durch den Reflektor bei einer Lampe vom Reflektortyp, bei welcher die Lampe einen Reflektor (12), eine innerhalb des Reflektors (12) angeordnete Lichtquelle (16) und eine dem Reflektor (12) benachbarte Linse (14) aufweist, wobei dieses Verfahren aus den folgenden Schritten besteht:

Zurverfügungstellen einer Litze aus faserigem Glühfadendraht (39) mit einer besonderen Länge L und einem Durchmesser d für eine spezielle Wattleistung, Spannung und Leistungsfähigkeit;

Wickeln dieses Glühfadendrahtes (39) um einen primären Dorn (50) mit einem Durchmesser M&sub1;, der durch M&sub1; = A(d) bestimmt ist, um eine primäre Wendel (40A) zu erzeugen, bei welcher 1,70 ≤ A A ≤ 4,00 ist;

Wickeln der primären Wendel (40A) um einen sekundären Dorn (60) mit einem sekundären Dorndurchmesser M&sub2;, der durch M&sub2; = B(M&sub1; + 2d) bestimmt ist, um eine Doppelwendel zu erzeugen, bei welcher B ≥ A und der Durchmesser (D&sub2;) dieser Doppelwendel (40) kleiner ist als ihre Länge (BL);

Entfernen im wesentlichen des gesamten Kerns des Doppelwendel- Glühfadens (40);

axiale Montage des Glühfadens (40) innerhalb der Längsachse einer Hülle (32), um die Lichtquelle (16) zu bilden; und

Anordnen dieser Lichtquelle (16) innerhalb des zentralen Winkelbereichs des Reflektors (12).