DD201956A5 - Elektrische lichtquelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lichtquelle, die einen mit einem Gestell vakuumdicht abgesperrten, lichtdurchlaessigen, im Wesentlichen achsensymmetrischen Kolben, ein, in dem Kolben angeordnetes, unter Einwirkung elektrischen Stromes Licht emittierendes Mittel aufweist. Die Lichtquelle verfuegt ueber einen Lampensockel,der ueber das Gestell mit dem lichtemittierenden Mittel elektrisch verbunden ist, und der mit dem Kolben zu einer aeusseren Fassung mechanisch und elektrisch verbunden ist. Ziel und Aufgabe ist es, eine einfache, energiesparende Lichtquelle mit erhoehter Lichtausbeute zu schaffen, wobei Farbwiedergabe und uebrige optische Parameter den konventionellen Gluehlampen gleichwertig sind. Erfindungsgemaess sind am Gestell metallisch stromleitende Halter angeordnet, an deren Enden als lichtemittierendes Mittel ein grundsaetzlich rohrfoermiges, Edelgas und Fuellstoff, hauptsaechlich Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber enthaltendes Entladungsgefaess elektrisch und mechanisch angeschlossen ist. Die erfindungsgemaesse Lichtquelle besitzt eine bedeutend erhoehte Lichtausbeute und gleichwertige optische Parameter. Die Lichtquelle kann mit gleicher Technologie und den Maschinen fuer konventionelle Gluehlampen hergestellt werden.

Description

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Elektrische Lichtquelle

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lichtquelle, die über einen mit einem Gestell vakuumdicht abgesperrten, lichtdurchlässigen, im wesentlichen achsensymmetrischen Kolben, mit in dem Kolben befindliches unter Einwirkung des elektrischen Stromes lichtemittierendes Mittel, über einen durch das Gestell mit dem das Licht emittierenden Mittel in elektrischer Verbindung stehenden, mit dem Kolben vereinigten, zu der äußeren Fassung mechenisch oder elektrisch anschließbaren Sockel verfügt. Durch die Erfindung wird eine neuartige Ausbildung von Lichtquellen vorgeschlagen, die den allgemein bekannten, konventionellen Glühlampen durch die identische Gestaltung des Kolbens, des Sockels und des Gestelles in ihrem Aufbau identisch oder sehr ähnlich ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Wie bereits bekannt ist, v/eisen die konventionellen Lichtquellen als lichtemittierendes Mittel ein Glühwendel auf, das am Gestell mechanisch und elektrisch angeschlossen ist und auf die Einwirkung des elektrischen Stromes Licht emittiert. Die Lichtausbeute dieser konventionellen Glühlampen ist sehr, niedrig· Aber wegen ihrer gewohnheitsgemäß angenehmen Lichtfarbe und Farbenwiedergabe und ihrer historisch allgemeinen Verbreitung bilden 'sie auch heutzutage noch den größten Anteil unter den handelsüblichen Lichtquellen, besonders für Innenraumbeleuchtungen«

Als neue Lichtquellen sind die Hochdruck-Matriumdampflampen bekannt geworden, deren lichtemittierendes Mittel ein mit einer Füllung aus Edelgas und aus Metallzusätze, besonders aus Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber bestehenden

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lung versehenes Entladungsgefäß bildet, dessen Innendruck im Betrieb gegen iCr Pa beträgt, wobei der Kolben dieses Entladungsgefäßes aus Aluminiumoxyd hergestellt ist· Diese Lampen werden in immer größerem Maße besonders für äußere Beleuchtungszwecke, also für die Beleuchtung von Straßen - und Plä'tzen verwendet· Der größte Vorteil dieser Lampen ist der sehr günstige Wirkungsgrad, d· h· die Lichtausbeute· Unter dem Aspekt der immer steigenden Energiepreise wird im

) verstärkten Maße auf eine breitere Anwendung von Lichtquellen mit niedrigerem Energiebedarf orientiert. Ihr_lachteil ist eine nicht ausreichend gute Parbwiedergäbe· Die Lichtfarbe der Hochdruck-Üfatriumdampflampen ist weiß-gelb, die bei Straßenbeleuchtung den Forderungen entspricht, aber hinsichtlich der Ansprüche für eine Innenraumbeleuchtung die Forderungen nicht erfüllt. Solchen Forderungen würden Lampen mit reicherer Farbwiedergabe entsprechend,-insbesondere dann, wenn diese Lampen aus Gründen der Energieeinsparung die konventionellen Glühlampen ersetzen sollten, deren einwandfreie Farbwiedergabe bereits zur Gewohnheit geworden ist· Ein weiteres Problem besteht darin, daß das Entladungsgefäß der bisher bekannten Hochdruck-Natriumdampflampen zu

> lang ist· Das verhältnismäßig dünne aber lange, aus AIuminiumoxyd-Keramik oder Saphir hergestellte Rohr ist an beiden Enden durch Abdichtungselemente, hermetisch abgesperrt. Am Ende dieser Röhre sind Elektroden angeordnet, die über die Absperrelemente und durch hermetische Abdichtung hindurch mit Stromleitungen verbunden sind, die in den Innenraum des Entladungsgefäßes hereingeführt sindo Im Falle einer an sich bekannten Hochdruck-Natriumdampflampe von 70 W beträgt die Länge des Rohrs 58 mm, und sein innerer Durchmesser 3,5 mm, d. h. die Proportion des inneren Durchmessers zur Länge ist 16,5^. Daraus folgt,, daß Lichtquellen mit solcher Geometrie und besonders mit solcher Länge an die herkömmlichen Glühlampen wegen ihrer äußeren Abmessungen • und wegen der verwendeten Bestandteile und auch wegen der

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Konstruktion nicht anpaßbar sind. Eine Anpassung ist wegen der übrigen Eigenschaften der an sich bekannten dünnen und langen Entladungsgefäße, uzw. wegen der unterschiedlichen Betriebs- und physikalischen Eigenschaften besonders schwierig. Diese Schwierigkeiten treten besonders dann in den Vordergrund, wenn man die an sich bekannten Entladungsgefäße, in Hochdruck-Natriumdampflampen für Innenraumbeleuchtungen, bzw« zur Lösung von allgemeinen Seleuchtungsaufgaben verwenden will. In diesem Falle werden diese Lampen zwecks Erreichung einer günstigeren Farbwiedergabe bei gewisser Überlastung des Entladungsgefäßes betrieben, bzw. die Entladungsgefäße werden im Vergleich mit dem üblichen Betriebsdruck auf einen höheren Druck dimensioniert«

Der innere Druck der Hochdruck-Natriumdampflampen wird zwecks Verweißung der gelben Farbe auf einen größeren Wert erhöht. Eine Erhöhung des Druckes verursacht aber Schwierigkeiten im Wiederzünden (bei der Speisung mit Wechselstrom am Ende der Halbperiode hört die Entladung immer auf, und am Anfang der nächsten Halbperiode muß die Entladung wieder zustande kommen). Die durch den hohen Druck verursachten Schwierigkeiten im Wiederzünden wird noch dadurch erschwert, daß das wegen der Entladung ionisierte Gas auf die Einwirkung der Wandeffekte zu einer Rekombinationsbildung» d· h» zu Neutralisierung neigt. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, den Durchmesser zu erhöhen. Das hat zur Folge, daß das in dem Gas erregte Licht in erhöhtem Maße- absorbiert wird, wodurch die mit den Kolben des Entladungsgefäßes verbundenen Probleme (Herstellung, hermetische Abdichtung) noch schwieriger werden» Die Überlastung des Entladungsgefäßes verursacht die Steigerung der Betriebstemperatur, die bei gegebenem Druck die Sicherheit der Abdichtung des Entladungsgefäßes noch vermindert.

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Ziel der Erfindung

Ziel unserer Erfindung ist es, die konventionellen allgemein bekannten Glühlampen zu ersetzen bzw. durch eine neue elektrische Lichtquelle ein Auswechseln zu ermöglichen, wobei sie in ihrem Aufbau einfach, energiesparsam sein und insgesamt die Herstellungskosten trotz erhöhter Qualität auf einem niedrigen Niveau gehalten werden soll.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Lichtquelle zu schaffen,'die eine erhöhte Lichtausbeute aufweist und die hinsichtlich der Farbwiedergabe sowie der übrigen optischen Parameter den konventionellen Glühlampen gleichwertig ist und die durch bekannte Glühlampentechnologien und unter Verwendung der bestehenden Produktionseinrichtungen herstellbar ist·

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht auf der unerwarteten Erkenntnis, daß wenn die Länge des Rohrs des Entladungsgefäßes im.Verhältnis zu seinem Durchmesser bedeutend kurzer ausgebildet ist und gleichzeitig ein Entladungsgefäß mit verhältnismäßig kleinem inneren Durchmesser gewählt wird, kann eine elektrische Lichtquelle geschaffen werden, die trotz erhöhtem Druck und notwendiger Überlastung des Entladungsgefäßes nicht nur das entsprechende Licht erzeugt (da wegen der geringen Entfernung zwischen der Plasma der Entladung und der Röhrenwand die Absorption des erregten Lichtes minimal ist), sondern das erfindungsgemäß hergestellte Entladungsgefäß- kann auch im Verhältnis zu den an sich bekannten Konstruktionen einfacher erzeugt werden, wobei aber eine bedeutend höhere Zuverlässigkeit erreicht wird. Es wurde erkannt, daß die Länge der Röhre höchstens neunmal so groß sein darf, um die gewünschten günstigen

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Wirkungen zu erreichen»

Die Erfindung betrifft daher eine elektrische Lichtquelle, die einen mit einem Gestell vakuumdicht abgesperrten₅ lichtdurchlässigen, im wesentlichen achsensymmetrischen Kolben, ein in dem Kolben angeordnetes, unter der Einwirkung von elektrischem Strom Licht emittierendes Mittel, sowie einen über das Gestell mit dem lichtemittierenden Mittel in elektrischer Verbindung stehenden, mit einer mit dem Kolben vereinigten äußeren Fassung mechanisch und elektrisch angeschlossenen Sockel aufweist. Erfindungsgemäß sind am Gestell metallartig elektrisch leitende Haltern angeordnet, an deren Enden als lichtemittierendes Mittel ein im wesentlichen rohrförmiges, Edelgas und Füllstoff, besonders Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber enthaltendes Entladungsgefäß elektrisch und mechanisch angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Lichtquelle kann an konventionellen lampenerzeugenden Maschinenreihen leicht hergestellt sowie automatisch montiert werden. Die Lichtquelle erfordert im wesentlichen ähnliche Einzelteile wie. Glühlampen· Eine Ausnahme hierbei bildet das Glühwendel, an dessen Stelle ein Entladungsgefäß entsprechender Abmessungen verwendet wird.

Bei der Herstellung ist von besonders großer"Bedeutung, daß die Länge des Entladungsgefäßes der Lichtquelle kleiner als die größte Abmessung zwischen dem Sockel und dem Entladungsgefäß in waagerechter Richtung zur Symmetrieachse der Lampe gewählt werden kann»

In der erfindungsgemäßen Lichtquelle ist der größte innere' Durchmesser des aus Aluminiumoxyd-Keramik oder aus Saphir hergestellten Rohres des Entladungsgefäßes zweckmäßig nicht größer als 5,5 mm. Auf diese Weise können elektrische Lichtquellen mit einer Leistungsaufnahme von höchstens 100 W

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hergestellt werden, wobei der 'größte Durchmesser des Kolbens 70 mm beträgt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß man bei solchen geometrischen Abmessungen die Röhre des Entladungsgefäßes mit sehr geringen geometrischen Toleranzen fertigen kann, das auch in Bezug auf die hermetische Absperrung sehr günstig ist. Durch die Gewährleistung der erwähnten günstigen Absperrung zeichnet sich die Lichtquelle trotz eines hohen Betriebsdruckes und einer Überlastung durch größere Zuverlässigkeit und Lebensdauer aus. In dem Entladungsgefäß der erfindungsgemäßen Lichtquelle macht der Abstand der Elektrodenspitzen von den Enden des Entladungsgefäßes, in Abhängigkeit der jeweiligen Leistungen 5 «-· · 10 mm aus. Damit kann aus der Proportion von Länge und Durchmesser des Rohrs ein Zusammenhang aufgestellt werden, bzw. es kann ein Zusammenhang zwischen der Länge des zwischen den Spitzen der Elektroden auftretenden Bogens und dem inneren Durchmesser des Rohrs bestimmt werden.

Die erfindungsgemäßen elektrischen Lichtquellen können analog wie die allgemeinen Beleuchtungsglühlampen immer entsprechend des gewünschten Anwendungsgebietes ausgebildet werden. So können die Lichtquellen mit matiertem, gefärbtem, gegebenenfalls mit einem ein selektives Strahlungsspektrum durchlässigen, besonders licht- und/oder wärmerückstrahlenden Überzug versehenen Kolben ausgeführt sein.

Zum Betrieb der Gasentladungslampen ist wie-bekannt die Anwendung von strombegrenzenden, gegebenenfalls Zündimpulse abgebenden, bzw. die Zündung fördernden Vorschaltgeräten erforderlich. Im Sinne der Erfindung können vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen elektrischen Lichtquelle als sogenannte kompakte Lampen derart ausgebildet werden, daß die Lampen am Halsteil des Kolbens und/oder am Lampensockel anpaßbare, vorzugsweise drehkörperförmige, mit der Lampe zusammengebaute oder auf diese anpaßbare und

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elektrisch, anschließbare stroinbegrenzende Einheiten aufweisen, die gegebenenfalls Zündimpulse abgebende Yorschaltgeräte bilden. Das Vorschaltgerät kann dabei einen aus Halbleitern aufgebauten Hochfrequenzumwandler enthalten, wobei wenigstens einige Schaltelemente bzw. Konstruktionselemente im Lampensockel angeordnet werden können.

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Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert« In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 das Schema der erfindungsgemäßen elektrischen Lichtquelle mit einem birnenförmigen Kolben,

Fig.'.2 das Schema der erfindungsgemäßen Lichtquelle mit einem pilzförmigen Kolben, der meistens bei Glühlampen mit Kryptongasfüllung verwendet wird,

Fig. 3 das Schema der erfindungsgemäßen Lichtquelle in einer Phase ihrer Montage, uzw. in der Anfangsphase der Einlötung, mit der relativen Lage der Bestandteile,

und ' ' '

Fig. 4 das Schema der erfindungsgemäßen elektrischen Lichtquelle ohne Sockel nach dem Einlöten und Abpumpen*

Die erfindungsgemäße elektrische Lichtquelle kann mit in der Glühlampen-Herstellung herkömmlichen Kolben, so z. B. mit einem birnenartigen, d» ho mit einem kugelförmigen Domteil versehenen Kolben (siehe Figo 1), oder mit einem solchen pilzförmigen Kolben (siehe Fig» 2) versehen sein, der meistens bei Glühlampen mit Kryptongasfüllung verwendet wird, hergestellt werden«

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An einen Lampensockel 3» der gegebenenfalls mit einem Gewinde versehen ist, wird im allgemeinen ein drehkörperförmiger, aus Glas hergestellter Kolben 1 angepaßt, in welchen auf an sich bekannter Weise ein Gestell 2 eingelötet wird· An das Gestell 2 ist mechanisch und elektrisch ein Entladungsgefäß 4 angeschlossen. In das Gestell 2 werden, wie bereits bekannt, die Halter 5 und 6 mit hermetischer Durchführung eingebaut..

An den Enden der Halter 5 und 6 die sich im Innenraum des Kolbens 1 befinden, ist über Stromleitungen 43 _s 44 und Schellen 41,, 42 das Entladungsgefäß 4 angeschlossen* Die Schellen 41, 42 umfassen den rohrförmigen Teil des Entla-. dungsgefäßes 4* das in waagerechter Richtung auf den Kolben 1, bzwο auf die Längsachse der ganzen Lampe angeordnet ist.

Die Halter 5 und 6 sind im Vergleich mit den herkömmlichen Glühlampen aus dickerem und festerem Material hergestellt»

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist das Entladungsgefäß aus Aluminiumoxyd-Keramikrohr oder aus Saphirrohr hergestellt, dessen Innendurchmesser 3,5 mm und Länge 24 mm beträgt. Die Stromleitungen 43, 44 mit ihren aus den Enden des Kolbens 1 herausragenden Teilen, bzw· mit ihren im wesentlichen waagerechten, zur Fixierung der Halter 5 und 6 dienenden gebogenen Teilen bilden die maximale Ausdehnung h (siehe Pig. 3) des Gestelles 2, die in Querrichtung zur Längsachse der Lampe 31 mm beträgt. Auf diese Weise kann das Gestell 2 in den Kolben B einer herkömmlichen Glühlampe von 40 W uzw. in den gemäß Fig. 3 gezeigten Bereich ohne Schwierigkeiten hineingebracht werden, da der geringste Innendurchmesser d des Kolbens B im gegebenen Falle 32 mm ist. Dieser Zwischenschritt erfolgt bei der Herstellung bzw» beim Zusammenbau der herkömmlichen Lampen, uzw.-vor dem sogenannten Einlöten, wenn durch Erwärmung während der Drehung der Lampe das Schweißen erfolgt. In Über-

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einstimmung mit der bei der herkömmlichen Lampenherstellung ' üblichen Technologie v/ird nach dem Schweißen der Innenraum des äußeren Kolbens 1 abgepumpt und gegebenenfalls mit inertem Füllgas über ein Saugrohr E gefüllt» Nach dem Einlöten des Saugrohres E entsteht ein in Fig. 4 dargestelltes Zwischenprodukt, das auf an sich bekannte Weise mit dem Lampensockel 3 versehen wird. Die erfindungsgemäße lichtquelle kann wie folgt hergestellt werden:

An den Enden des Aluminiumoxyd-Keramikrohres, das beispielsweise mit einer Länge "von 24 mm und mit einem Innendurchmesser von 3*5 .mm hergestellt wurde, werden die Elektroden in einer Entfernung von 16 mm voneinander angeordnet« Das Entladungsgefäß 4 wird jmit Xenon und einer 8 % Natrium enthaltender Natrium-Kadmium Legierung gefüllt. Die so hergestellte Lichtquelle besitzt eine Leistungsaufnahme von 35 W, wobei der Lichtstrom 2300 lumen beträgt. Dies bedeutet eine vierfache Lichtausbeute gegenüber den' äußerlich ähnlichen 40 W Glühlampen für allgemeine Beleuchtungszwecke.

Bei Beibehaltung des oben beschriebenen Aufbaus der erfindungsgemäßen Lampe, wurden ausschließlich durch die Verminderung des' Elektrodenabstandes in dem-Entladungsgefäß auf 4 bis 12 mm solche Ausführungsvarianten von Lichtquellen hergestellt, die bei einer geringfähig erhöhten Leistungsaufnahme zur Ausstrahlung praktisch weißen Lichts fähig waren· .

Das Schutzbegehren, das in dem beigefügten Erfindungsanspruch abgefaßt worden ist, ist keinesfalls auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele'beschränkt, sondern es werden Lichtquellen in zahlreichen Ausführungsformen von Schutz erfaßt, bei welchen die Abmessungen des Entladungsgefäßes, die Art und Weise der Absperrung und Abdichtung, die Art und Weise der Stromeinführung, der Füllung der

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Fixierung, die Herstellung des Kolbens, der Sockeltyp, die Leistungsaufnahme, die optischen und elektrischen Parameter abweichen können·

Claims (9)

19-5-.1982 60 264/16 Erfindungsanspruch

1. Elektrische Lichtquelle, die einen mit einem Gestell vakuumdicht abgesperrten, lichtdurchlässigen, wesentlich achsensymmetrisch ausgebildeten Kolben, ein in dem Kolben angeordnetes, unter Einwirkung elektrischen Stromes Licht emittierendes Mittel, einen mit dem lichtemittiehrenden Mittel über das Gestell in elektrischer Verbindung stehenden, an einer äußeren, mit den Kolben eine Einheit bildenden Passung mechanisch und elektrisch anschließbaren Lampensockel aufweist, gekennzeichnet dadurch, daß am Gestell (2) metallisch stromleitende Halter (5j 6) angeordnet sind, an deren Enden als lichtend ttierendes Mittel ein grundsätzlich rohrfb'rmiges, Edelgas und Füllstoff, besonders Natrium, Kadmium und/ oder Quecksilber gehaltiges Entladungsgefäß (4) elektrisch und mechanisch angeschlossen ist»

2. Lichtquelle nach Punkt 1, gekennzeichnet, dadurch, daß die Länge des rohrförmigen Entladungsgefäßes (4) höchstens das neunmalige des inneren Durchmessers ist.

3· Lichtquelle nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Entladungsgefäß (4) in der Symmetrieebene des Kolbens (1) oder senkrecht darauf angeordnet ist.

4« Elektrische Lichtquelle nach einem der Punkte T bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Länge des Entladungsgefäßes (4) kleiner ist als die zur Symmetrieachse senkrechte größte Abmessung des Kolbens (1) im Raum zwischen dem Sockel (3) und dem Entladungsgefäß (4)«

5. Elektrische Lichtquelle nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß wenigstens an einem Teil der Oberfläche des Kolbens (1) ein matierter und/oder ge~

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färbter und/oder das Licht des Entladungsgefäßes (4)
selektiv durchlässiger Überzug vorhanden ist.

6. Elektrische Lichtquelle nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil der Oberfläche des Kolbens (1) mit einem lichtdurchlässigen und/oder wärmerückstrahlenden Überzug versehen ist.

7· Elektrische Lichtquelle nach einem der Punkte 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß sie mit einem mit dem Sokkel (3) verbundenen, vorzugsweise wenigstens teilweise im Sockel (3) angeordneten, vorzugsweise drehkörperför- · migen strombegrenzenden, gegebenenfalls auch Zündimpulse abgebenden Vorschaltgerät versehen ist.

8· Elektrische Lichtquelle nach Punkt ¹J, gekennzeichnet
dadurch, daß das Vorschaltgerät mit einem Hochfrequenzumwandler versehen ist.

9» Elektrische Lichtquelle nach einem der Punkte 1 bis 8, -gekennzeichnet dadurch, daß die maximale Abmessung des Kolbens (1) höchstens 70 mm, die elektrische Leistungsaufnahme höchstens 100.W, und der größte innere Durchmesser des Entladungsgefäßes (4) höchstens 5,5 mm ist.

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