DE19843059C2 - Verfahren zum Temperieren einer Halogenlampe, Temperierelement und dessen Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung einer Halogenlampe mit einer gasdichten Quetschung am Lampensockel; sie betrifft ferner ein Temperierelement und dessen Verwendung.

Halogenlampen werden seit längerer Zeit auf vielen Gebieten der Technik sowohl für Beleuchtungs-, als auch für Beheizungszwecke verwendet.

Dabei ist der Lampenkolben neben dem üblichen Füllgas mit einem Halogenzusatz, in der Regel Brom befüllt, was dazu führt, daß während des Betriebes einer sol­ chen Halogenlampe ein sogenannter Halogen-Kreisprozeß ausgenutzt wird, um die bei herkömmlichen Glühlampen auftretende Lampenschwärzung infolge der Absetzung von Heizwendelmaterial an der Lampenkolbeninnenwan­ dung zu vermeiden. Hierfür wird ausgenutzt, daß von der üblicherweise aus Wolfram bestehenden Heizwendel der abgedampfte Anteil an Wolfram durch diesen be­ kannten Halogenkreisprozeß zur Heizwendel zurückge­ führt wird.

Durch die hohen Temperaturen und infolge der unter­ schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lam­ penkolbenmaterials, in der Regel Quarzglas bzw. Hart­ glas, und dem Wolfram als Heizwendelmaterial tritt bei solchen Halogenlampen, insbesondere im Hochleistungsbereich ein weiteres Problem dadurch auf, daß die Heizwendel im Lampenkolbenmaterial gehalten wer­ den muß, wobei jedoch zwingend Gasdichtheit einzuhal­ ten ist. Hierfür ist am Glühlampenkolben eine soge­ nannte Quetschung des Lampenkolbenmaterials ausgebil­ det, durch die eine Elektrode (hochwarmfester Kon­ taktstift) für die Stromzuführung, die mit der Hei­ zwendel elektrisch verbunden ist, nach außen geführt wird. Für den Ausgleich der unterschiedlichen Wärme­ ausdehnungen wurde eine die Heizwendel und die nach außen geführte Elektrode verbindende Metallfolie, die in der Regel aus Molybdän besteht, zwischen diesen Elementen angeordnet, die diese miteinander verbin­ det. Durch die Flexibilität dieser Metallfolie können die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Glases und des Wolframmaterials kompensiert werden.

Aus einer solchen Konstruktion ergibt sich ein weite­ res Problem, das darin besteht, daß die Temperaturbe­ ständigkeit einer solchen Molybdänfolie wesentlich geringer als das der anderen für eine solche Lampe verwendeten Komponenten ist, so daß bei einer Molyb­ dänfolie Temperaturen oberhalb 350°C zu vermeiden sind, um eine Oxidation der Molybdänfolie und einen Sauerstoffeinbruch in den Lampenkolben zu verhindern.

In konträrer Form hierzu muß beachtet werden, daß der Halogenkreisprozeß bei Temperaturen unterhalb von 250°C zum Erliegen kommt und eine Abscheidung aggre­ siver Substanzen am Lampenkolben und Heizwendel bei diesen relativ niedrigen Temperaturen wieder ein­ setzt, so daß der eigentlich gewünschte Vorteil, den Halogenlampen mit sich bringen, dann beseitigt ist.

Die genannten Probleme wirken sich besonders drastisch aus, wenn solche Halogenlampen als Strahlungs­ heizquellen verwendet werden sollen. Für diesen Ein­ satzbereich ist es bisher üblich gewesen, die Halo­ genlampen mittels geschlitzter Kämme zu halten und durch die Zwischenräume der Kämme Kühlluft zu blasen. Mit einer solchen Lösung, kann jedoch nicht in jedem Fall und unter allen Betriebsbedingungen gesichert werden, daß die genannten kritischen Temperaturen unter- bzw. überschritten werden.

Des weiteren ist in der EP 0 184 867 A1 eine Kühleinrich­ tung für gasdichte Quetschungen an elektrischen Lam­ pen beschrieben. Diese Lösung beschränkt sich jedoch auf Kühlelemente, die die gasdichte Quetschung sol­ cher Lampen umschließen, wobei durch in einem Gehäuse aufgenommene metallische Fasern infolge Wärmeleitung und Wärmeabfuhr eine Kühlung erreicht werden soll. Mit dieser Lösung kann aber keine gezielte Beeinflus­ sung eines einzuhaltenden Temperaturbereiches an ei­ ner solchen Lampe, insbesondere im Bereich der gas­ dichten Quetschung erreicht werden.

In der CH 614 807 A5 ist ein gekühltes Intrarotstrahler­ element beschrieben, bei dem in herkömmlicher Weise ein elektrischer Heizleiter durch ein Hüllrohr ge­ führt ist. Zusätzlich ist mindestens ein Kühlrohr an einem solchen Hüllrohr vorhanden, durch das ein Kühl­ mittel strömen soll. Die Kühlwirkung ist dabei im wesentlichen auf den Teil eines solchen Infrarot­ strahlerelementes gerichtet, in dem die Lichtstrah­ lungsenergie erzeugt wird. Dies bedingt eine aufwen­ dige Fertigung und behindert die Abstrahlung von Licht zumindest in die Richtungen, in denen entspre­ chende Kühlrohre angeordnet sind, so daß gegebenen­ falls zusätzlich reflektierende Schichten ausgebildet werden müssen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bekannte Halogen­ lampen dahingehend zu verbessern, daß sie während des Betriebes, insbesondere im Bereich der Quetschung in einem optimalen Temperaturbereich gehalten werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungsformen und Weiterbildungen der Erfindung erge­ ben sich mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen.

Ausgehend von den bekannten Halogenlampen werden diese erfindungsgemäß dahingehend modifiziert, daß zumindest im Bereich der Quetschung ein diese umgrei­ fendes Temperierelement angeordnet wird, das mittels eines Fluides temperiert werden kann. Dabei ist es für die Erfindung unwesentlich, ob es sich um eine Einsockelhalogenlampe oder eine röhrenförmige Halo­ genlampe, bei der zwei Quetschungen an sich gegen­ überliegenden Seiten vorhanden sind, handelt. Im letztgenannten Falle werden an beiden Quetschungen Temperierelemente in analoger Bauform verwendet. Bei Einsockelhalogenlampen wird jeweils nur ein Tempe­ rierelement an der einzigen Quetschung verwendet.

Das bzw. die Temperierelement(e) sollten günstigerwei­ se aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitfä­ higkeit höher als die des Materials des Lampenkolbens ist. In der Regel besteht ein solches Temperierele­ ment aus einem Metall, bevorzugt Aluminium bzw. Kup­ fer.

Für einen guten Wärmeübergang sollte eine innige Ver­ bindung zwischen Temperierelement und Lampenkolbenma­ terial, aus dem auch die Quetschung gebildet ist, eingehalten werden, wobei sich eine Befestigung des Temperierelementes mittels einem wärmeleitenden, hit­ zebeständigen Klebers vorteilhaft auswirkt. Hierfür kann z. B. ein Kleber auf der Basis von Silikonen Ver­ wendung finden. Dieser Kleber erfüllt gleichzeitig durch ein gewisses immanent vorhandenes Maß an Ela­ stizität eine Pufferfunktion zwischen Temperierele­ ment und Lampenkolbenmaterial, so daß auch mögliche unterschiedliche Wärmeausdehnungen der verschiedenen Materialien kompensiert werden können.

Die Temperierung der Temperierelemente wird durch ein geeignetes Fluid erreicht, mit dem, je nach Bedarf eine Erwärmung oder eine Kühlung durchgeführt wird, um die Temperatur im kritischen Bereich der Quet­ schung in einem optimalen Bereich zwischen 250°C und 300°C zu halten. Bei ausreichendem Volumenstrom und entsprechender Wärmekapazität des Fluides kann eine Temperierung desselben im genannten Bereich ausrei­ chend sein. Die Temperatur des Fluides sollte jedoch zumindest im Dauerbetrieb bei mindestens 200°C lie­ gen und 320°C nicht überschreiten.

Das Fluid zur Temperierung kann über mindestens einen Kanal in einem Kreislauf, zu dem zumindest ein Wärmetauscher gehört, geführt werden. Der Kanal- bzw. die Kanäle kann/können im bzw. am Temperierelement und/­ oder in bzw. an einem Klemmelement ausgebildet sein, wobei ein solches Klemmelement flächig mit dem Tempe­ rierelement verbunden werden kann. Die Kanalführung kann also in einer Alternative durch das Temperier­ element, in einer zweiten Alternative durch das Klemmelement und in einer dritten Alternative durch ent­ sprechende Ausbildung der aneinderliegenden Oberflä­ chen von Temperierelement und Klemmelement zwischen diesen ausgebildet sein, wobei im letztgenannten Fall entsprechende Dichtungen erforderlich sind. Die drit­ te Alternative könnte daher auch als ein geteiltes Temperierelement aufgefaßt werden.

Vorteilhaft können in den Leitungen vor bzw. nach einem solchen Kanal temperaturabhängig schalt- und/­ oder regelbare Ventile geschaltet werden, wobei eine solche Schaltung bzw. Regelung durch geeignete Tempe­ raturmessung beeinflußt werden kann. So kann z. B. die Temperatur unmittelbar am Temperierelement mittels bekannter Temperatursensoren allein oder in Verbin­ dung mit einer Temperaturmessung des für die Tempe­ rierung verwendeten Fluides durchgeführt werden, um den Fluidvolumenstrom mit Hilfe der Ventile unter Berücksichtigung des Temperaturverhaltens für die Temperierung gezielt zu beeinflussen. Solche Ventile können als einfache Schalt- aber auch als Proportio­ nalventile ausgewählt werden, wobei die Temperierung mit Schaltventilen durch periodisches Öffnen und Schließen der Ventile erfolgen kann. Dabei können die einzelnen Perioden unterschiedliche Länge haben und es muß nur berücksichtigt werden, daß die Temperatur im Bereich der Quetschung im genannten Bereich zwi­ schen 250 bis 300°C gehalten werden soll.

Günstigerweise werden die Temperaturen entweder direkt am Temperierelement oder in unmittelbarer Nähe, d. h. am Ein- und/oder Austritt der Kanäle gemessen. Vor­ teilhaft hat sich die Verwendung von Wasser wegen dessen bekanntermaßen hohen Wärmekapazität als Fluid herausgestellt, wobei für einen Langzeitbetrieb ohne erforderliche Reinigungs- und Wartungsarbeiten entio­ nisiertes Wasser verwendet werden sollte.

Als ganz besonders vorteilhaft haben sich die erfin­ dungsgemäß modifizierten Halogenlampen für die Ver­ wendung als bzw. in Infrarotstrahlungsheizquellen herausgestellt, wobei die Lebensdauer einer so erfin­ dungsgemäß ausgebildeten Halogenlampe erheblich ver­ längert werden kann und die Heiz- bzw. Beleuchtungs­ leistung entsprechend hoch gehalten werden konnte, da durch die Temperierung dem Effekt der Lampenkolben­ schwärzung und der Beeinträchtigung der Heizwendel entgegengewirkt werden kann.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft beschrie­ ben werden.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht einer erfindungsgemäß modifizierten Halogenlampe im Schnitt und

Fig. 2 eine weitere Teilansicht einer erfindungs­ gemäß modifizierten Halogenlampe im Schnitt mit einem zusätzlichen Klemmelement.

In der Fig. 1 ist eine Seite einer röhrenförmigen Halogenlampe 1 dargestellt, bei der eine Wolframheizwendel 9 durch eine Quetschung 2 geführt und im Bereich der Quetschung 2 mit einer Mo­ lybdänfolie 11 elektrisch leitend verbunden ist. Die­ se Molybdänfolie 11 ist auf der anderen Seite wieder­ um mit einer Elektrode 7 (Kontaktstift) verbunden, die aus der Quetschung herausgeführt ist, wie dies auch bei bekannten Halogenlampen der Fall ist, wobei dann unmittelbar die Stromzuführung über die Elektro­ den 7 erfolgt.

Die in der Fig. 1 gezeigte Halogen­ lampe 1 ist aber mit einem Temperierelement 3 ergänzt worden, das bei diesen Beispiel eine zweistufige Boh­ rung bzw. über die gesamte Längsachse reichende Aus­ sparung verfügt. Dabei liegt ein Teil des Inneren des Temperierelementes 3 in unmittelbarer Nähe der Man­ telfläche der Quetschung 2 und wird mit der Quet­ schung 2 lediglich mit dem wärmeleitenden, hitzebe­ ständigen Kleber 12 dauerhaft mechanisch und wärme­ leitend verbunden.

Um herkömmliche Halogenlampen erfindungsgemäß zu ver­ wenden, wurde bei diesem Beispiel eine Preßhülse 10 aus einem elektrisch leitenden Material verwendet, die auf die aus der Quetschung 2 herausragende Elek­ trode 7 aufgesetzt und in die an deren anderer Seite eine Leitung 11 aus Al bzw. Ni für die Stromzufüh­ rung eingesetzt und verpreßt worden ist. Zur Vermei­ dung, daß es zu einem Kurzschluß kommt, wurde ein Keramikröhrchen als Isolator 6 über die Preßhülse 10 und die Leitung 13 geschoben, so daß ein Kontakt zum elektrisch leitenden Material des Temperierelementes 3 dauerhaft verhindert werden kann.

In nicht dargestellter Form, kann durch das Tempe­ rierelement 3 zumindest ein Kanal geführt sein, durch den entsprechend temperiertes Kühl- bzw. Heizwasser geleitet werden kann, um die Halogenlampe 1, insbe­ sondere im Bereich der Quetschung 2, im gewünschten Temperaturbereich zu halten.

Der Volumenstrom des temperierten Wassers sollte so beeinflußt werden, daß das gewünschte Wärmegleichge­ wicht innerhalb des Temperaturbereiches im Bereich der Quetschung 2 eingehalten werden kann. Dabei kann neben der Wassertemperatur auch der Einfluß der An­ ordnung und dabei insbesondere der Abstand des bzw. der Kanals/Kanäle von der Quetschung 2 und die weite­ ren Wärmeabfuhrmöglichkeiten (Konvektion, Strahlung) vom Temperierelement 3 bzw. dem nachfolgend noch nä­ her zu erläuternden Klemmelement 4 berücksichtigt werden. Das hier für die Temperierung verwendete Was­ ser sollte günstigerweise so temperiert werden, daß es bei einer Temperatur unterhalb der Verdampfungs­ temperatur im gesamten Temperierungskreislauf gehal­ ten wird, so daß keine zusätzlichen Anforderungen an die Druckdichtheit eines solchen Systems gestellt werden müssen. Letztgenannter Aspekt kann selbstver­ ständlich auch bei anderen Flüssigkeiten, die für eine entsprechende erfindungsgemäße Temperierung Ver­ wendung finden, berücksichtigt werden.

Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Beispiel, wird für die Temperierung ein zusätzliches Klemmelement 4 ver­ wendet, das großflächig mit dem Temperierelement 3 an seiner äußeren Mantelfläche, klemmend verbunden ist, wobei vorteilhaft die gleichen Materialien für das Klemmelement 4 und das Temperierelement 3 verwendet werden können.

Bei dem hier gezeigten Beispiel ist lediglich ein Kühlkanal 5 durch ein Klemmelement 4 geführt, wobei eine solche Ausführung bei einem ausreichend großen freien Querschnitt eines solchen Kanals 5 ausreichen kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, mehrere solcher Kanäle 5 nebeneinander mit paralleler Durch­ strömung einzusetzen oder eine spiralförmige Führung eines Kanales 5 zu verwenden, wobei die Spirale bzw. eine U-Form um das Temperierelement 3 und demzufolge auch um die Quetschung 2 verlaufen kann.

Solche Kanäle 5 können in nicht dargestellter Form mit den bereits im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnten Ventilen geschlossen bzw. geöffnet werden, wobei solche Ventile in einfachster Form, ohne zu­ sätzliche Meß- und Regelungstechnik, unter Verwendung von Bimetallen als Thermostate in die Verbindungslei­ tung bzw. in Kanalein- und/oder -ausgänge eingesetzt werden können.

Claims (13)

1. Verfahren zur Temperierung einer Halogenlampe mit einer gasdichten Quetschung (2) am Lampen­ sockel, bei der in der Quetschung (2) eine Me­ tallfolie (11), die eine Heizwendel (9) und eine nach außen geführte Elektrode (7) zur Stromzu­ führung miteinander verbindet, und zumindest im Bereich der Quetschung (2) ein die Quetschung (2) umgreifendes Temperierelement (3) angeordnet sind, bei welchem Verfahren durch mindestens einen im oder am Temperierelement (3) ausgebil­ deten Kanal (5) temperiertes Fluid im Tempera­ turbereich von mindestens 200°C bis maximal 320°C geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das temperierte Fluid zusätzlich durch mindestens einen Kanal geführt wird, der in oder an einem Klemmelement (4) ausgebildet ist, welches das Temperierele­ ment (3) flächig klemmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur am Temperierelement (3) gemessen und der Volumen­ strom des Fluids geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Fluids am Ein- und/oder Austritt des mindestens einen Kanals (5) gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser als Fluid verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß entionisiertes Was­ ser verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid mittels eines Wärmetauschers temperiert wird.

8. Temperierelement zur Verwendung bei einem Ver­ fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierelement (3) aus einem Material mit höherer Wärmeleitfä­ higkeit als dem Material des Lampenkolbens (1) besteht.

9. Temperierelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierelement (3) mit einem wärmeleitenden, hitzebeständigen Kleber (12) an der Quetschung (2) befestigt ist.

10. Temperierelement nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierele­ ment (3) aus einem metallischen Werkstoff be­ steht.

11. Temperierelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor und/oder nach dem mindestens einen Kanal (5) temperatur­ abhängig schalt- und oder regelbare Ventile an­ geordnet sind.

12. Temperierelement nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperier­ element (3) rohrförmig ausgebildet und im Inne­ ren ein Isolator (6) um die Elektrode (7) angeordnet ist.

13. Verwendung eines Temperierelements nach einem der Ansprüche 8 bis 12 in einer als Infrarot­ strahlungsquelle dienenden Halogenlampe.