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EP1564790A2 - Glühlampe mit Farbfilter - Google Patents

Glühlampe mit Farbfilter Download PDF

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Publication number
EP1564790A2
EP1564790A2 EP04028443A EP04028443A EP1564790A2 EP 1564790 A2 EP1564790 A2 EP 1564790A2 EP 04028443 A EP04028443 A EP 04028443A EP 04028443 A EP04028443 A EP 04028443A EP 1564790 A2 EP1564790 A2 EP 1564790A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
incandescent lamp
incandescent
lamp according
filament
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04028443A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1564790A3 (de
Inventor
Carsten Plumeyer
Yannick Dr. Scheyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1564790A2 publication Critical patent/EP1564790A2/de
Publication of EP1564790A3 publication Critical patent/EP1564790A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01KELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00Details
    • H01K1/28Envelopes; Vessels
    • H01K1/32Envelopes; Vessels provided with coatings on the walls; Vessels or coatings thereon characterised by the material thereof
    • H01K1/325Reflecting coating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01KELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00Details
    • H01K1/28Envelopes; Vessels
    • H01K1/32Envelopes; Vessels provided with coatings on the walls; Vessels or coatings thereon characterised by the material thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01KELECTRIC INCANDESCENT LAMPS
    • H01K1/00Details
    • H01K1/50Selection of substances for gas fillings; Specified pressure thereof

Definitions

  • the present invention relates to an incandescent lamp.
  • Incandescent lamps have been known for a long time. They generate light thermal emission, typically by a glowing body, e.g. Metal thread. This is the historically oldest design of electrical Lamps, but partly because of the low lamp costs, partly because the continuous emission spectrum compared to discharge lamps, occasionally for reasons of size or for other reasons is still of considerable importance.
  • incandescent lamps show because of the continuous emission spectrum a relatively good color rendering, but in terms of color temperature, that is vividly speaking in terms of “heat” or, on the contrary, subject to “whiteness” of light limitations.
  • the life span from incandescent is usually limited by the filament, from evaporates the metal, which eventually leads to thread breaks. They are different Technologies have been developed to mitigate this problem.
  • here is the halogen cycle in the halogen bulbs by which the vaporized metal is fed back to the filament becomes.
  • the invention is based on the technical problem of using an incandescent lamp indicate improved properties.
  • the invention is directed to an incandescent lamp which is designed such that, depending on the lamp power, it achieves a minimum nominal luminous efficacy listed below: Lamp power / W Luminous efficacy / lm / W 5-20 5.7 20-33 7.2 33 - 50 9.2 50-68 10.1 68 - 88 11.8 88-125 12.6 125-175 13.5 175-250 14,2 250 - 400 14.4 ⁇ 400 15.8
  • This bulb is characterized by a color filter for filtering the Incandescent light and to increase the circadian effect factor to at least 0.38.
  • each will be 2% higher and higher particularly preferably based on 4% higher luminous efficiencies.
  • the circadian effect factor is preferably at least 0.39 and more preferably at least 0.40.
  • the basic idea of the invention is compared with an incandescent lamp to a conventional with respect to the electrical data comparable Incandescent lamp has an enhanced activating effect on the human organism provided.
  • This effect is intended by increasing the relevant Blue component, which is here on the introduced as a technical size so-called circadian effect factor is defined.
  • This circadian Efficacy factor describes the ratio of the assumed sensitivity curve determined activating portion of the radiated radiation power to the total luminous flux.
  • the luminous flux is the one with the spectral eye sensitivity (in terms of normal brightness sensation) evaluated radiation power. So it's the relationship two integrals about the radiation power, in one case with the weighting function the circadian effect on the activating light receptors and in the other case (the luminous flux) with the spectral brightness sensitivity of the human eye.
  • the invention is distinguished by the fact that the circadian effect factor Value of at least 0.38, preferably 0.39, and most preferably at least 0.40.
  • This is achieved by a color filter, the the relevant blue component is not or less absorbed than other spectral components.
  • the color filter usually absorbs mostly yellow Area.
  • the invention is not limited to this filtering effect, with the activating share in the emission spectrum absolutely not increased at all becomes.
  • a conventional comparable incandescent lamp at least comparable light output (that is, luminous flux per power used), as stated above is.
  • a conventional comparable incandescent lamp at least comparable light output (that is, luminous flux per power used), as stated above is.
  • a differentiation according to the lamp power (the so-called Wattages), which also in conventional Incandescent corresponds to the technical realities and boundary conditions. For the specified limits, z. B. 33 W, in each case the higher value be valid.
  • a filling gas in particular of Ar, N 2 , Kr and Xe, with Kr and Xe being particularly preferred.
  • N 2 the filling gas
  • Kr and Xe being particularly preferred.
  • mixtures come into consideration, on the one hand for reasons of electrode short-circuit strength contain some N 2 and on the other hand contain relatively much Kr.
  • Ar the filling gas
  • the Kr content is preferably between 60 and 97% by volume, in particular above 70 or 75% by volume and in particular below 90 or 85% by volume.
  • the N 2 content in the filling gas is preferably between 3 and 40% by volume and preferably less than 5% by volume. The numerical values are always included.
  • the Ar content is preferably at most 37% by volume.
  • the gas fillings reduce the metal evaporation from the filament into Consequence of shocks, on the one hand depending on the atomic or molecular mass and on the other hand also depending on the pressure.
  • halogen incandescent lamp Another preferred option is a transition to a halogen incandescent lamp.
  • the costs are increased, on the other hand however, compared to the previously described fillings Significantly improved light yield increases and lifetime improvements achieved.
  • a corresponding smaller halogen incandescent lamp to be installed ie a so-called high-voltage halogen burner within one of a conventional Incandescent corresponding envelope bulb.
  • the halogen bulb clear technical advantages on the other hand has a light bulb without halogen also own benefits, namely a technically easier Construction and lower costs.
  • halogen does not exclude further gas additives, in particular can with an halogen lamp an additional use of Xe of Be an advantage.
  • Another measure is an infrared reflecting device in the Incandescent lamp, such as a coating of the piston or outer bulb. In order to is increased by back reflection of a portion of the radiated IR power Filament temperature reached.
  • incandescent bulbs increase the luminous efficacy by electrical dimensioning of the filament or otherwise increase the filament temperature, such as through the IR reflection coating, basically in an interaction with the lamp life.
  • Another optional feature of the invention is thus in it, to increase the spiral temperature and thereby a shortening of the Lamp life versus currently common values for incandescent lamps to accept. This can be concomitant to the measures mentioned or even without this an increased light output can be achieved.
  • Prefers are values of at most 900 h, preferably at most 850 h and more preferably, at most 800 hours of average lamp life. Although this is a statistical value of a light bulb collective. However, in the design and testing of light bulb types the statistical lifetimes in a sense as technical parameters to look at, d. H. not only known but also controllable.
  • the invention has the additional advantage that the lamp not only refreshing and increases the physical and mental motivation, but is perceived by the user as subjectively fresher. This is due to the whiter light due to the increased blue component or the reduction of the yellow component that is generally excessive for incandescent lamps. Thus, a more contrast-rich and fatigue-free vision and especially reading and a fresher and more natural color reproduction can be achieved.
  • the original functions of the incandescent lamp are thus not only obtained in the invention but even improved with appropriate design.
  • color temperatures of at least 2800 K and color rendering index values R a of at least 90 are preferably 92 and more preferably 93.
  • the mentioned color filter can be designed in many different ways, in particular, a separate lamp component or a gaseous additive be.
  • a separate lamp component or a gaseous additive be.
  • Dyeing or doping In addition to Nd doping of Flask glass or contained in the glass dyes in the blue range also coatings with pigments conceivable.
  • Particularly preferred Color filters that at least u. a. a coating with cobalt aluminates with Spinel structure included.
  • Fig. 1 is an elevational view of an incandescent lamp according to the invention.
  • the Incandescent lamp has within an outer glass bulb 2 an incandescent filament holder 1 and power supply 5 on. Between the power supply lines 5 is a held by the filament holder 1, e.g. double-wound W-wire 4 stretched as a luminous body.
  • the power supply lines 5 are known per se Way melted into glass and led to the outside and inside a conventional screw 6 connected to its contacts, as shown in Fig. 1 with dashed lines.
  • the glass bulb 2 in this first embodiment an internally applied electrostatic powder coating with cobalt aluminate pigments with spinel structure on which the yellow part of the emitted Light significantly reduced.
  • it is 12 wt .-% of cobalt aluminates with spinel structure embedded in 88 Wt .-% fumed silica powder.
  • Fig. 3 referenced.
  • the Luminous efficiency significantly, in this example by about 20 %.
  • the incandescent lamp according to the invention further provides a mixture of 80 vol.% Kr and 20 vol.% Of a mixture of 85 vol.% Ar and 15 vol.% N 2 as a gas filling.
  • the filling pressure is 1000 mbar.
  • this example is a conventional incandescent lamp with so-called A-piston and so-called E 27 socket, designed for effective Operating voltage of 230 V.
  • Luminous efficacy can be increased by about 15%.
  • the actual lamp power was 61.6 W and produced a luminous flux of 655 Im.
  • the light bulb according to the invention thus has a refreshing and activating Effect on the human body and can the biorhythm influence. This is done by inhibiting melatonin formation an increased light emission in the range of about 450 nm the lamp because of the whiter and fresher light and the better Color rendering perceived as pleasant and comfortable.
  • FIG. 2 shows an alternative example in which the conventional filament 4 from Fig. 1 by a conventional high-voltage halogen burner was replaced. Illustrated clearly in Fig. 2 in the piston 2 of FIG. 1 a high-voltage halogen lamp 7 has been used, which has its own small Having piston for reducing the gas filling volume. It stays in the already explained with reference to FIG. 1 coating of the enveloping piston. 2 Here, the light output can be increased by the halogen technology. In addition, of course, further measures to increase the Luminous efficacy can be taken in comparison to a halogen bulb, at the expense of lifetime.
  • the 3 a, b, c explain the principle of the invention with reference to three spectral Diagrams a, b and c, in which the radiation intensity of the lamps (in relative Units) as a function of the wavelength of the radiation in nm is applied.
  • the first diagram a shows the solid curve the radiation intensity of a conventional and up to the invention Measures of the incandescent lamp of Fig. 1 corresponding 60 W bulb. This is a part of the thermal emission, the in the visible wavelength range.
  • the curve is similar to a section from the Planckian radiation curve for the so-called black radiator, however For tungsten filament material shortwave radiation is something strengthened.
  • the single dashed curve shows the product of this solid Curve with the relative sensitivity of the previously mentioned blue-sensitive Receptors of the human eye responsible for the control are responsible for melatonin production.
  • the underlying sensitivity curve is recognizable in the blue spectral range.
  • the maximal Sensitivity (100%) corresponds to the contact with the solid Curve.
  • the details are in particular of the light / dark adaptation of the eye dependent and are not explained here in detail.
  • the dashed So curve has only qualitative meaning.
  • the dot-dashed curve shows the product of the solid curve the spectral brightness sensitivity of the human eye so on the ordinary eyesight.
  • the brightness sensitivity has a maximum at about 555 nm, ie in the green range.
  • An integral over the dot-dash curve would give the luminous flux of the lamp.
  • the diagram a thus shows that a conventional light bulb due to the typical spectral distribution in thermal emission is only low circadian effective shares and relative thereto already greater brightness relevant Shares, but especially has a pronounced yellow and red area.
  • the diagram b shows the curves from diagram a, where the solid Curve is dotted here.
  • the solid line in the diagram b corresponds the incandescent emission according to the invention filtering. It can be seen that the filtering in the circadian effective range practically no spectral power filters away, but in the range between 500 and 700 nm clearly shows filter effect. On the relatively lower filter effect in the range between 700 and 800 nm is to be completed that one The aim is also that it is overall in a white impression remains, so the lamp is not colored. One recognizes that the dot-dashed Curve is lower, so the lamp is less bright.
  • Diagram c shows qualitatively the diagram b, whereby however the solid Curve is vertically higher.
  • the luminous flux loss has been taken into account.
  • the diagram c show So the dotted and the solid line are essentially the same Luminous flux and thus essentially the same light output (at remained the same lamp power).
  • the integral of dot-dashed curve over the visible range is about in both cases equal.
  • the light bulb of the invention of FIG. 1 corresponds to this solid Line.
  • the higher here compared to the diagrams a and b running dashed line shows that thereby the circadian spectral range absolutely grown.

Landscapes

  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühlampe mit verstärkter aktivierender Wirkung, bei der durch eine spektrale Filterung einerseits und Maßnahmen zur Kompensation der Lichtstromverluste andererseits bei insgesamt im Wesentlichen gleich bleibender Lampenleistung und Lichtausbeute eine absolut größere Emission in dem circadian wirksamen Spektralbereich erzielt wird. Dieser Spektralbereich hat physiologische Auswirkungen auf den menschlichen Körper.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Glühlampe.
Stand der Technik
Glühlampen sind an sich seit langer Zeit bekannt. Sie erzeugen Licht durch thermische Emission, in der Regel durch einen glühenden Körper, z.B. Metallfaden. Es handelt sich hier um die historisch älteste Bauform von elektrischen Lampen, die aber teils wegen der geringen Lampenkosten, teils wegen des kontinuierlichen Emissionsspektrums im Vergleich zu Entladungslampen, gelegentlich aus Gründen der Baugröße oder aus anderen Gründen nach wie vor von erheblicher Bedeutung ist.
Grundsätzlich zeigen Glühlampen wegen des kontinuierlichen Emissionsspektrums eine relativ gute Farbwiedergabe, sind aber hinsichtlich der Farbtemperatur, das heißt anschaulich gesprochen hinsichtlich der "Wärme" oder, im Gegenteil, "Weißheit" des Lichts Begrenzungen unterworfen. Die Lebensdauer von Glühlampen ist in aller Regel begrenzt durch den Glühfaden, von dem Metall abdampft, was schließlich zu Fadenbrüchen führt. Es sind verschiedene Technologien entwickelt worden, um dieses Problem zu mildern. Insbesondere ist hier der Halogenkreisprozess in den Halogenglühlampen zu nennen, durch den das verdampfte Metall an den Glühfaden zurückgeführt wird.
Grundsätzlich verbleibt jedoch bei Glühlampen, auch bei Halogenglühlampen, der Zusammenhang, dass eine Erhöhung der Farbtemperatur, zugunsten eines weißeren Lichts, beziehungsweise eine Erhöhung der Lichtausbeute, das heißt des Lichtstroms (in der Einheit Lumen (Im)) pro eingesetzter elektrischer Leistung (in Watt (W)), durch elektrische Auslegung wegen der damit notwendigerweise verbundenen höheren Glühfadentemperaturen zu Lebensdauerverkürzungen führt.
Die bekannten Maßnahmen wie die Verwendung verschiedener Gaszusammensetzungen in (konventionellen) Glühlampen, der Halogenkreisprozess in den Halogenglühlampen und andere an sich bekannte Schritte stehen dabei andererseits in einem beständigen Konflikt mit der Kostenseite. In Folge derartiger Maßnahmen sind langlebigere beziehungsweise hinsichtlich der Lichtausbeute bessere Glühlampen also grundsätzlich teurer, so dass es vor allem besondere Anwendungsgebiete sind, in denen solche Maßnahmen zum Tragen gekommen sind. So werden Halogenglühlampen insbesondere dann eingesetzt, wenn es auf die Farbwiedergabe und die Weißheit des Lichts ankommt. Konventionelle Kr-Glühlampen z.B. werden wegen der höheren Kosten nach wie vor eher als Nischenprodukt angeboten.
Unabhängig davon hat sich in den vergangenen Jahren in medizinischen Untersuchungen herausgestellt, dass auch der sichtbare Teil des elektromagnetischen Spektrums physiologische Auswirkungen auf den menschlichen Organismus hat. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass das menschliche Auge Rezeptoren enthält, die mit der Steuerung des Hormonhaushalts des Schlafhormons Melatonin in Wirkverbindung stehen. Diese Rezeptoren sind vor allem im Blaubereich empfindlich, wobei die maximale Empfindlichkeit etwa im Bereich von 450 - 470 nm liegt.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Glühlampe mit verbesserten Eigenschaften anzugeben.
Die Erfindung richtet sich auf eine Glühlampe, die so ausgelegt ist, dass sie abhängig von der Lampenleistung eine im Folgenden aufgeführte Mindestnennlichtausbeute erzielt:
Lampenleistungen /W Lichtausbeute / lm/W
5-20 5,7
20-33 7,2
33 - 50 9,2
50-68 10,1
68 - 88 11,8
88 -125 12,6
125-175 13,5
175-250 14,2
250 - 400 14,4
≥ 400 15,8
Diese Glühlampe ist gekennzeichnet durch ein Farbfilter zur Filterung des Glühlampenlichts und zur Erhöhung des circadianen Wirkfaktors auf mindestens 0,38.
Vorzugsweise werden in der obigen Auflistung jeweils um 2% höhere und besonders bevorzugterweise um 4% höhere Lichtausbeuten zugrunde gelegt. Der circadiane Wirkfaktor beträgt vorzugsweise mindestens 0,39 und besonders bevorzugterweise mindestens 0,40.
Die Grundidee der Erfindung besteht darin, bei einer Glühlampe im Vergleich zu einer hinsichtlich der elektrischen Daten vergleichbaren konventionellen Glühlampe eine verstärkte aktivierende Wirkung auf den menschlichen Organismus vorzusehen. Diese Wirkung soll durch eine Erhöhung des relevanten Blauanteils erfolgen, was hier über den als technische Größe eingeführten sogenannten circadianen Wirkfaktor definiert wird. Dieser circadiane Wirkfaktor beschreibt das Verhältnis des mit einer angenommenen Empfindlichkeitskurve ermittelten aktivierenden Anteils der abgestrahlten Strahlungsleistung zu dem Gesamtlichtstrom. Dabei ist der Lichtstrom die mit der spektralen Augenempfindlichkeit (hinsichtlich der normalen Helligkeitsempfindung) bewertete Strahlungsleistung. Es handelt sich also um das Verhältnis zweier Integrale über die Strahlungsleistung, im einen Fall mit der Gewichtungsfunktion der circadianen Wirkung auf die aktivierenden Lichtrezeptoren und im anderen Fall (beim Lichtstrom) mit der spektralen Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges.
Der Begriff des circadianen Wirkfaktors und auch der Begriff des Lichtstromes sind an sich eingeführte technische Größen. Es wird Bezug genommen auf die Definition in der Veröffentlichung von Prof. Dr. Dietrich Gall in der Zeitschrift "LICHT", Ausgabe 11-12, 2002. Dennoch muss darauf hingewiesen werden, dass die zugrundeliegenden physiologischen Mechanismen von verschiedenen Parametern abhängen, also beispielsweise dass das dunkeladaptierte Auge abweichend vom helladaptierten Auge reagiert. Es bestehen auch unterschiedliche wissenschaftliche Ansichten über Einzelheiten der richtigen circadianen Wirksamkeitsverteilung im Blauspektrum, insbesondere abhängig von der Hell-Dunkel-Adaption, die hier jedoch nicht weiter erörtert werden sollen.
Die Erfindung grenzt sich dadurch ab, dass der circadiane Wirkfaktor einen Wert von mindestens 0,38, vorzugsweise 0,39 und besonders bevorzugterweise mindestens 0,40 aufweist. Dies wird erzielt durch ein Farbfilter, das den relevanten Blauanteil nicht oder schwächer absorbiert als andere Spektralanteile. Das Farbfilter absorbiert also in der Regel vorwiegend im gelben Bereich. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Filterwirkung, mit der ja der aktivierende Anteil im Emissionsspektrum absolut gar nicht erhöht wird. Vielmehr wird erfindungsgemäß gleichzeitig eine mit einer konventionellen vergleichbaren Glühlampe mindestens vergleichbare Lichtausbeute (das heißt Lichtstrom pro eingesetzte Leistung) erzielt, wie sie oben angegeben ist. Dabei ist eine Differenzierung nach der Lampenleistung (den sogenannten Wattagen) vorgenommen worden, die auch bei konventionellen Glühlampen den technischen Realitäten und Randbedingungen entspricht. Für die angegebenen Grenzwerte, z. B. 33 W, soll jeweils der höhere Wert gelten.
Dem Fachmann sind verschiedene Maßnahmen bekannt, die Lichtausbeute zu erhöhen, die im Prinzip in Frage kommen. So kann es sinnvoll sein, ein Füllgas zu verwenden, insbesondere von Ar, N2, Kr und Xe, wobei besonders Kr und Xe bevorzugt sind. Insbesondere kommen Mischungen in Betracht, die einerseits aus Gründen der Elektrodenkurzschlussfestigkeit etwas N2 enthalten und die andererseits relativ viel Kr enthalten. Es kann auch noch etwas Ar vorgesehen sein. Der Kr-Anteil liegt vorzugsweise zwischen 60 und 97 Vol.-%, insbesondere über 70 bzw. 75 Vol.-% und insbesondere unter 90 bzw. 85 Vol.-%. Der N2-Anteil im Füllgas liegt vorzugsweise zwischen einschließlich 3 und 40 Vol.-% und vorzugsweise unter 5 Vol.-%. Die Zahlenwerte gelten jeweils als eingeschlossen.
Der Ar-Anteil wiederum liegt vorzugsweise bei höchstens 37 Vol.-%.
Weitere Möglichkeiten beziehen sich auf erhöhte Fülldrücke solcher oder anderer Gasfüllungen in der Glühlampe, und zwar vorzugsweise über 850, besser über 920 und im günstigsten Fall über 980 mbar bei Raumtemperatur.
Die Gasfüllungen verringern die Metallverdampfung von der Glühwendel in Folge von Stößen, und zwar zum einen abhängig von der Atom- bzw. Molekülmasse und andererseits auch abhängig vom Druck.
Eine weitere bevorzugte Möglichkeit besteht in einem Übergang zu einer Halogenglühlampe. Damit werden zwar einerseits die Kosten erhöht, andererseits jedoch im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Füllungen noch deutlich verbesserte Lichtausbeutesteigerungen bzw. Lebensdauerverbesserungen erzielt. Insbesondere kann auch in einer konventionellen Glühlampenform eine entsprechende kleinere Halogenglühlampe eingebaut sein, also ein sog. Hochvolt-Halogenbrenner innerhalb eines einer konventionellen Glühlampe entsprechenden Hüllkolbens. Einerseits hat also die Halogenglühlampe eindeutige technische Vorteile, andererseits hat eine Glühlampe ohne Halogenzusatz ebenfalls eigene Vorteile, nämlich einen technisch einfacheren Aufbau und geringere Kosten.
Der Halogenzusatz schließt weitere Gaszusätze übrigens nicht aus, insbesondere kann bei einer Halogenlampe ein zusätzlicher Einsatz von Xe von Vorteil sein.
Eine weitere Maßnahme ist eine Infrarot reflektierende Einrichtung in der Glühlampe, etwa eine Beschichtung des Kolbens bzw. Hüllkolbens. Damit wird durch Rückreflexion eines Teils der abgestrahlten IR-Leistung eine erhöhte Glühwendeltemperatur erreicht.
Schließlich steht, wie bereits anfangs erläutert, bei Glühlampen die Erhöhung der Lichtausbeute durch elektrische Dimensionierung der Glühwendel oder anderweitige Erhöhung der Glühwendeltemperatur, etwa durch die IR-Reflexionsbeschichtung, grundsätzlich in einer Wechselwirkung mit der Lampenlebensdauer. Ein weiteres optionales Merkmal der Erfindung besteht also darin, die Wendeltemperatur zu erhöhen und dabei eine Verkürzung der Lampenlebensdauer gegenüber gegenwärtig üblichen Werten bei Glühlampen in Kauf zu nehmen. Damit kann begleitend zu den genannten Maßnahmen oder auch ohne diese eine erhöhte Lichtausbeute erreicht werden. Bevorzugt sind Werte von höchstens 900 h, vorzugsweise höchstens 850 h und besonders bevorzugter Weise höchstens 800 h mittlere Lampenlebensdauer. Zwar handelt es sich dabei um einen statistischen Wert eines Glühlampenkollektivs. Jedoch sind bei der Auslegung und Erprobung von Glühlampentypen die statistischen Lebensdauern gewissermaßen als technische Parameter zu betrachten, d. h. nicht nur bekannt sondern auch steuerbar.
Zwar stellt eine Lebensdauerabsenkung im Prinzip für sich betrachtet einen Nachteil dar, jedoch kann es in Zusammenhang mit der gewünschten aktivierenden Wirkung insgesamt betrachtet von Vorteil sein, den technischen Aufwand zu begrenzen. Grundsätzlich soll nämlich mit der Erfindung vermieden werden, dass durch eine alleinige Filterung letztlich nur eine Konzentration des Emissionsspektrums auf die aktivierenden Spektralbereiche, jedoch keine echte Erhöhung derselben erfolgt. Vielmehr soll die aktivierende Wirkung absolut verstärkt werden und insgesamt eine im Wesentlichen "gleich helle" oder sogar hellere Glühlampe angeboten werden. Dies wurde in der beschriebenen Weise durch die Lichtausbeute quantifiziert.
Dabei hat die Erfindung zusätzlich den Vorteil, dass die Lampe nicht nur erfrischend wirkt und die körperliche und geistige Leistungsbereitschaft steigert, sondern vom Verwender auch als subjektiv frischer empfunden wird. Dies liegt an dem in Folge des verstärkten Blauanteils weißeren Licht bzw. der Reduzierung des bei Glühlampen grundsätzlich überhöhten Gelbanteils. Damit kann ein kontrastreicheres und ermüdungsfreieres Sehen und insbesondere Lesen und eine frischere und natürlichere Farbwiedergabe erzielt werden. Die ursprünglichen Funktionen der Glühlampe werden also bei der Erfindung nicht nur erhalten sondern bei entsprechender Auslegung sogar noch verbessert. Bevorzugt sind insbesondere Farbtemperaturen von mindestens 2800 K und Farbwiedergabeindexwerte Ra von mindestens 90 vorzugsweise 92 und in besonders bevorzugter Weise 93. Der Farbwiedergabeindex ist ebenfalls eine eingeführte Größe und bezeichnet das Maß der Übereinstimmung der Körperfarbe mit ihrem Aussehen und der Beleuchtung durch die entsprechende Lampe. Dazu werden Farbverschiebungen nach acht in der deutschen Industrienorm DIN 6169 genormten Testfarben bestimmt und ein entsprechender Indexwert berechnet. Eine theoretische optimale Lampe erzielt einen Wert von Ra = 100.
Das erwähnte Farbfilter kann in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein, insbesondere auch ein separates Lampenbauteil oder ein gasförmiger Zusatz sein. Bevorzugt sind jedoch Farbfiltereigenschaften des Lampenkolbens und, soweit vorhanden, vorzugsweise des Lampenhüllkolbens durch Beschichtungen, Einfärbungen oder Dotierungen. Neben Nd-Dotierung des Kolbenglases oder in dem Glas enthaltenen Farbstoffen im Blaubereich sind auch Beschichtungen mit Pigmenten denkbar. Besonders bevorzugt sind Farbfilter, die zumindest u. a. eine Beschichtung mit Kobalt-Aluminaten mit Spinell-Struktur enthalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die offenbarten Einzelmerkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können.
Fig. 1
zeigt eine erfindungsgemäße Glühlampe in schematischer Darstellung.
Fig. 2
zeigt eine erfindungsgemäße Halogenglühlampe als zweites Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung.
Fig. 3 a, b, c
zeigen das Prinzip der Erfindung anhand dreier spektraler Diagramme.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 1 ist eine Aufrissdarstellung einer erfindungsgemäßen Glühlampe. Die Glühlampe weist innerhalb eines äußeren Glaskolbens 2 einen Glühfadenhalter 1 und Stromzuführungen 5 auf. Zwischen den Stromzuführungen 5 ist ein durch die Glühfadenhalter 1 gehaltener z.B. doppelt gewendelter W-Draht 4 als Leuchtkörper gespannt. Die Stromzuführungen 5 sind in an sich bekannter Weise in Glas eingeschmolzen und nach außen geführt und innerhalb eines konventionellen Schraubsockels 6 mit dessen Kontakten verbunden, wie in Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt.
Wenn die Glühlampe in eine Fassung eingeschraubt und mit Spannung beaufschlagt wird, fließt durch den Glühfaden 4 ein Strom, der diesen zur Weißglut bringt und zu einer thermischen Lichtemission führt.
Erfindungsgemäß weist der Glaskolben 2 bei diesem ersten Ausführungsbeispiel eine innen aufgebrachte elektrostatische Pulverbeschichtung mit Kobalt-Aluminat-Pigmenten mit Spinell-Struktur auf, die den Gelbanteil des emittierten Lichts deutlich verringert. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um 12 Gew.-% Kobalt-Aluminate mit Spinellstruktur eingebettet in 88 Gew.-% hochdisperses Kieselsäurepulver. Zu Einzelheiten wird auf die Erläuterung der Fig. 3 verwiesen. Im vorliegenden Fall erhöht sich dabei bei einer 60 W-Glühlampe der circadiane Wirkfaktor um etwa 15 % auf einen Wert von etwa 0,41. Ohne weitere Maßnahmen würde sich allerdings die Lichtausbeute deutlich verringern, und zwar bei diesem Beispiel um etwa 20 %.
Daher sieht die erfindungsgemäße Glühlampe ferner eine Mischung aus 80 Vol.-% Kr und 20 Vol.-% einer Mischung aus 85 Vol.-% Ar und 15 Vol.-% N2 als Gasfüllung vor. Der Fülldruck liegt bei 1000 mbar. Durch diese Maßnahmen lässt sich der Lichtstrom wiederum um etwa 12 % steigern. Ferner wird die Wendeltemperatur soweit gesteigert, dass die mittlere Lebensdauererwartung von etwa 1000 h auf nunmehr etwa 700 h reduziert wird. Dadurch lässt sich der Lichtstrom um weitere 8 % steigern, so dass der Lichtstrom ungefähr dem einer ungefilterten konventionellen 60 W-Glühlampe entspricht. Hinzu kommt optional eine IR-reflektierende Beschichtung des Kolbens 2.
Im Übrigen handelt es sich bei diesem Beispiel um eine konventionelle Glühlampe mit sog. A-Kolben und sog. E 27-Sockel, ausgelegt für eine effektive Betriebsspannung von 230 V.
Die Farbtemperatur liegt bei diesem Beispiel bei 2923 K bei einem Farbwiedergabeindex von Ra = 94.
Insgesamt konnte damit der circadiane Wirkungsfaktor bei gleich bleibender Lichtausbeute um etwa 15 % gesteigert werden.
Bei dem dargestellten Beispiel betrug die tatsächliche Lampenleistung 61,6 W und erzeugte einen Lichtstrom von 655 Im.
Natürlich sind auch andere Kolben- und Sockelformen denkbar.
Die erfindungsgemäße Glühlampe hat damit eine erfrischende und aktivierende Auswirkung auf den menschlichen Körper und kann den Biorhythmus beeinflussen. Dies erfolgt durch eine Hemmung der Melatoninbildung durch eine gesteigerte Lichtabstrahlung im Bereich von etwa 450 nm. Ferner wird die Lampe wegen des weißeren und frischer wirkenden Lichts und der besseren Farbwiedergabe als angenehm und komfortabel empfunden.
Fig. 2 zeigt ein alternatives Beispiel, bei dem der konventionelle Glühfaden 4 aus Fig. 1 durch einen an sich konventionellen Hochvolt-Halogenbrenner ersetzt wurde. Anschaulich gesprochen ist in Fig. 2 in den Kolben 2 aus Fig. 1 eine Hochvolt-Halogenlampe 7 eingesetzt worden, die einen eigenen kleinen Kolben zur Verringerung des Gasfüllungsvolumens aufweist. Es bleibt bei der anhand Fig. 1 bereits erläuterten Beschichtung des Hüllkolbens 2. Hier kann die Lichtausbeute durch die Halogentechnik gesteigert werden. Zusätzlich können natürlich auch weitere Maßnahmen zur Steigerung der Lichtausbeute im Vergleich zu einer Halogenglühlampe getroffen werden, etwa zu Lasten der Lebensdauer.
Natürlich sind auch weitere Ausführungsbeispiele denkbar, bei denen etwa Niedervolthalogenlampen eine entsprechende filternde Beschichtung eines Brenners oder Hüllkolbens aufweisen.
Bei Reflektorlampen mit vorgesetzten Abdeckscheiben können durch den Einsatz spezieller Filterscheiben vergleichbare Wirkungen erzielt werden.
Die Fig. 3 a, b, c erläutern das Prinzip der Erfindung anhand dreier spektraler Diagramme a, b und c, in denen die Strahlungsintensität der Lampen (in relativen Einheiten) in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Strahlung in nm aufgetragen ist. Das erste Diagramm a zeigt mit der durchgezogenen Kurve die Strahlungsintensität einer konventionellen und bis auf die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Glühlampe aus Fig. 1 entsprechenden 60 W-Glühlampe. Es handelt sich hier um einen Teil der thermischen Emission, der im sichtbaren Wellenlängenbereich liegt. Die Kurve ähnelt einem Ausschnitt aus der planckschen Strahlungskurve für den sog. schwarzen Strahler, jedoch ist bei Wolfram als Glühfadenmaterial die kurzwellige Abstrahlung etwas verstärkt.
Die einfach gestrichelte Kurve zeigt das Produkt dieser durchgezogenen Kurve mit der relativen Empfindlichkeit der bereits mehrfach erwähnten blauempfindlichen Rezeptoren des menschlichen Auges, die für die Steuerung der Melatoninerzeugung mitverantwortlich sind. Die zugrundeliegende Empfindlichkeitskurve liegt erkennbar im blauen Spektralbereich. Die maximale Empfindlichkeit (100%) entspricht der Berührung mit der durchgezogenen Kurve. Die Details sind insbesondere von der Hell-/Dunkeladaption des Auges abhängig und werden hier nicht im Einzelnen erläutert. Die gestrichelte Kurve hat also nur qualitative Bedeutung.
Die strichpunktierte Kurve zeigt das Produkt der durchgezogenen Kurve mit der spektralen Helligkeitsempfindlichkeit des menschlichen Auges, bezieht sich also auf das gewöhnliche Sehvermögen. Die Helligkeitsempfindlichkeit hat ein Maximum bei etwa 555 nm, also im grünen Bereich. Ein Integral über die strichpunktierte Kurve würde den Lichtstrom der Lampe ergeben.
Das Diagramm a zeigt also, dass eine konventionelle Glühlampe wegen der typischen Spektralverteilung bei der thermischen Emission nur geringe circadian wirksame Anteile und relativ dazu bereits größere helligkeitsrelevante Anteile, vor allem aber einen ausgeprägten Gelb- und Rotbereich aufweist.
Das Diagramm b zeigt die Kurven aus Diagramm a, wobei die durchgezogene Kurve hier punktiert ist. Die im Diagramm b durchgezogene Linie entspricht der Glühlampenemission nach der erfindungsgemäßen Filterung. Man erkennt, dass die Filterung in dem circadian wirksamen Bereich praktisch keine Spektralleistung wegfiltert, jedoch im Bereich zwischen 500 und 700 nm deutlich Filterwirkung zeigt. Zu der relativ wiederum geringeren Filterwirkung im Bereich zwischen 700 und 800 nm ist zu ergänzen, dass eine Zielvorgabe auch darin besteht, dass es insgesamt bei einem Weißeindruck bleibt, die Lampe also nicht farbstichig wird. Man erkennt, dass die strichpunktierte Kurve niedriger verläuft, die Lampe also weniger hell leuchtet.
Diagramm c zeigt nun qualitativ das Diagramm b, wobei jedoch die durchgezogene Kurve vertikal höher liegt. Hier ist die bereits beschriebene Kompensation des Lichtstromverlustes berücksichtigt worden. Im Diagramm c zeigen also die punktierte und die durchgezogene Linie im Wesentlichen den gleichen Lichtstrom und damit im Wesentlichen die gleiche Lichtausbeute (bei gleich gebliebener Lampenleistung). In anderen Worten: Das Integral der strichpunktierten Kurve über den sichtbaren Bereich ist in beiden Fällen etwa gleich. Die erfindungsgemäße Glühlampe aus Fig. 1 entspricht dieser durchgezogenen Linie. Die hier im Vergleich zu den Diagrammen a und b höher verlaufende gestrichelte Linie zeigt, dass dadurch der circadiane Spektralbereich absolut gewachsen ist.

Claims (11)

  1. Glühlampe, die so ausgelegt ist, dass sie abhängig von der Lampenleistung eine im Folgenden aufgeführte Mindestlichtausbeute erzielt: Lampenleistungen/W Lichtausbeute/ lm/W 5-20 5,7 20 - 33 7,2 33 - 50 9,2 50-68 10,1 68-88 11,8 88 - 125 12,6 125-175 13,5 175 - 250 14,2 250 - 400 14,4 ≥ 400 15,8
    und die gekennzeichnet ist durch ein Farbfilter (2) zur Filterung des Glühlampenlichts und zur Erhöhung des circadianen Wirkfaktors auf mindestens 0,38.
  2. Glühlampe nach Anspruch 1, bei der ein Hüllkolben (2) der Glühlampe als das Farbfilter wirkt, insbesondere durch eine Hüllkolbenbeschichtung.
  3. Glühlampe nach Anspruch 2 mit einer Hüllkolbenbeschichtung, die Co-Aluminate mit Spinell-Struktur aufweist.
  4. Glühlampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer einen Glühfaden (4) der Glühlampe umgebenden Atmosphäre, die Ar, N2, Kr und/oder Xe im Füllgas aufweist.
  5. Glühlampe nach Anspruch 4, bei der die Gasatmosphäre in der Umgebung des Glühfadens (4) 60 - 97 Vol.-% Kr, 0 - 37 Vol.-% Ar und 3 - 40 Vol.-% N2 enthält.
  6. Glühlampe nach Anspruch 4 oder 5 mit einem Fülldruck von zumindest 850 mbar.
  7. Glühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer einen Glühfaden (4) der Glühlampe umgebenden Atmosphäre, die einen Halogenzusatz aufweist.
  8. Glühlampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer IR-Reflexionsbeschichtung zur Reflexion von von einem Glühfaden (4) der Glühlampe ausgesandter IR-Strahlung.
  9. Glühlampe nach einem der Ansprüche 1 - 6 auch in Verbindung mit Anspruch 8, deren statistische mittlere Lebensdauer höchstens 900 h beträgt.
  10. Glühlampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Farbtemperatur des abgestrahlten Lichts von mindestens 2900 K.
  11. Glühlampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Farbwiedergabeindex Ra von mindestens 90.
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