DE202004014645U1

DE202004014645U1 - Elektrische Lampe

Info

Publication number: DE202004014645U1
Application number: DE202004014645U
Authority: DE
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2004-09-20
Filing date: 2004-09-20
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2014-09-21
Also published as: US20060061282A1; CA2520232A1; US7288894B2

Abstract

Elektrische Lampe mit einem vakuumdicht abgeschlossenen Kolben aus Glas, insbesondere Quarzglas, wobei der Kolben längsgestreckt ist, insbesondere im wesentlichen zylindrisch geformt ist, und eine Längsachse L definiert, und ein Leuchtmittel sowie eine Füllung enthält, wobei außerdem im Kolben über einen zentralen Teil der axialen Länge des Leuchtmittels ein elektrisch isoliertes Einbauteil angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierte Einbauteil sich mindestens über 80 % der Länge des Leuchtmittels erstreckt, und ohne Haltevorrichtung im Kolben eingebracht ist, und dass es im wesentlichen rohrförmig das Leuchtmittel beabstandet umgibt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Elektrische Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen, aber auch beispielsweise um Halogenglühlampen. Häufig wird dabei ein längsgestrecktes, insbesondere zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß als Lampenkolben benutzt.
Stand der Technik
Aus der EP-A 571 813 ist bereits eine Elektrische Lampe bekannt, die ein kugeliges Entladungsgefäß aus Quarzglas besitzt. Im Inneren des Entladungsgefäßes ist ein Einbauteil aus Keramik, beispielsweise ein Rohr, axial angeordnet, das die Konvektion unterdrücken soll. Es besitzt eine Haltevorrichtung, die beispielsweise aus Ringen an den Enden des Rohrs gebildet sind, wobei die Ringe sich federnd an der Außenwand abstützen.
Diese Anordnung ist sehr aufwendig und fehleranfällig, weil separate Halteteile erst am Einbauteil montiert werden müssen und diese Baueinheit erst mühsam in das Entladungsgefäß eingebracht werden muss. Das kreisförmige Entladungsgefäß bedingt, dass eine axiale Fixierung als nötig erachtet wird und dass diese mittels separater Noppen an der Innenwand realisiert wird. diese Konstruktion ist daher extrem teuer.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die einfach zu montieren und gut automatisierbar und sehr kostengünstig herzustellen ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lampenkolben, insbesondere ein Entladungsgefäß, bereitzustellen, der möglichst isotherme Temperaturverteilung besitzt. Eine weitere Aufgabe ist eine möglichst geringe Temperaturbelastung der Wand des Lampenkolbens im Betrieb. Anders formuliert ist insbesondere für Entladungslampen eine Absenkung der Hotspot-Temperatur erwünscht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße elektrische Lampe, insbesondere eine Hochdruckentladungslampe, besitzt ein Lampengefäß, insbesondere ein vakuumdicht abgeschlossenes Entladungsgefäß aus Glas, insbesondere Quarzglas, Vycor oder ein anderes hochschmelzendes Hartglas, wobei dieses insbesondere von einem Hüllteil umgeben ist, wobei der Lampenkolben längsgestreckt ist, insbesondere im wesentlichen zylindrisch geformt ist, und eine Längsachse L definiert, und ein Leuchtmittel, insbesondere zwei Elektroden mit vorgegebenem Abstand zueinander, sowie eine Füllung enthält, wobei außerdem im Kolben über einen zentralen Teil der axialen Länge ein elektrisch isoliertes Einbauteil selbsthalternd angebracht ist. Das elektrisch isolierte Einbauteil erstreckt sich mindestens über 80 % der Länge des Leuchtmittels, insbesondere den Elektrodenabstand oder die Länge des Leuchtkörpers. Das Einbauteil ist ohne Haltevorrichtung im Kolben eingebracht, und es umgibt das Leuchtmittel, beispielsweise die Elektroden, beabstandet. Häufig ist es im wesentlichen rohrförmig gestaltet.
Mit dieser Anordnung wird ein völlig anderer Weg zur Erlangung der Isothermie eingeschlagen. Bisher hat man versucht, die cold-spot-Temperatur zu erhöhen um zur Isothermie zu gelangen, also genau den gegenteiligen Weg eingeschlagen. Dies wurde durch ein Beschichten der Enden des Entladungsgefäßes mit reflektierendem Material erreicht. Üblich sind zwei Kalotten an den Enden des Entladungsgefäßes. Eine Alternative dazu war bisher, die zulässige Leistungsaufnahme einzuschränken, um so die Hot-Spot-Temperatur zu begrenzen.
Mit der erfindungsgemäßen Konstellation gelingt es, im Vergleich zu bisher bei höherer Leistung eine ähnlich homogene Temperaturverteilung zu erreichen wie bisher bei Lampen mit Reflektor-Kalotten an den Enden. Kern der neuen Anordnung ist das Einlegen des Einbauteils in den Kolben, was die Homogenität verbessert, ohne dass dazu Reflektor-Kalotten benötigt werden.
Bevorzugt ist das Einbauteil aus Keramik gefertigt, da dieses Material besonders temperaturbeständig und chemisch inert ist. Vorteilhaft ist das Einbauteil eine Folie, da dieses Material flexibel ist. Besonders bevorzugt ist eine keramische Folie.
Um ein Einbauteil ohne Halterung zu realisieren, haben sich besonders zwei Möglichkeiten als erfolgversprechend ausgezeichnet.
In einer ersten Ausführungsform ist das Einbauteil selbsthalternd im Entladungsgefäß angeordnet, insbesondere, indem es eine Federwirkung besitzt. Diesem Bedürfnis kommt eine elastische Folie am besten entgegen. Dabei ist die einfachste und sicherste Ausnutzung der Federwirkung dadurch realisiert, dass die Federwirkung durch eine Federkraft vermittelt wird, die gegen die Innenwand des Entladungsgefäßes wirkt. Konkrete Realisierungen sind insbesondere, dass das Einbauteil als Folie C-förmig an der Innenwand des Entladungsgefäßes anliegt. Alternativ kann das Einbauteil eine Folie sein, die spiralig gewunden ist und die an der Innenwand des Entladungsgefäßes anliegt. Derartige Folien besitzen ausreichende Stabilität gepaart mit Flexibilität insbesondere dann, wenn sie etwa 200 bis 1500 um dick sind. Im Falle spiralig gewundener Folien sind diese eher dünner, also typisch 200 bis 800 um dick, im Falle eher C-förmiger Folien sind sie eher dicker, typisch 700 bis 1500 um.
In einer zweiten Ausführungsform ist der Verzicht auf eine Halterung durch einen grundsätzlichen Paradigmenwechsel erreichbar, indem das Einbauteil lose im Entladungsgefäß angeordnet ist und insbesondere ein Rohr ist. bisher war man immer bemüht, lose Teile im Entladungsgefäß zu vermeiden, weil sie die Gefahr einer Beschädigung bieten, aber auch, weil dies den Kunden verunsichern könnte. Die Gefahr einer Beschädigung lässt sich aber dadurch minimieren, dass bestimmte geometrische Verhältnisse eingehalten werden, insbesondere was die Abmessung des rohrförmigen Einbauteils relativ zum Entladungsgefäß betrifft. Eine ausreichend eingeschränkte Beweglichkeit wird erzielt, indem das Rohr einen Außendurchmesser besitzt, der etwa 80 bis 95 % des Innendurchmessers des Entladungsgefäßes ausmacht. Dadurch ist es zum einen genügend von den heißen Elektroden entfernt, zum klappert das Einbauteil nicht so stark, dass es den Kunden stören könnte. Dies ist auch dem spezifischen Material des Einbauteils, insbesondere Keramik, ge schuldet. Ein Metallteil würde deutlich stärker Geräusche machen. Eine zusätzliche vorteilhafte Maßnahme ist die Beschichtung oder Mattierung des Außenkolbens, so dass der Kunde ein bewegliches Teil gar nicht zu sehen bekommt, das ihn irritieren könnte.
Das Ziel der verbesserten Isothermie wird insbesondere dann erreicht, wenn das Einbauteil eine Länge von wenigstens 80 %, bevorzugt mindestens 120 %, insbesondere bis höchstens 140 %, des Leuchtmittels, hier verstanden als Länge des Elektrodenabstands EA oder Länge des Leuchtkörpers, besitzt.
Insbesondere dann, wenn ein loses Einbauteil verwendet wird, aber auch bei Verwendung einer federnden Folie ist es vorteilhaft, wenn das Entladungsgefäß einen zentralen Abschnitt besitzt, der zylindrisch geformt ist, wobei an den beiden Enden des zentralen Abschnitts sich verjüngende Übergangszonen ansetzen, die zu den Enden führen. Üblicherweise sind diese Enden mit Quetschungen verschlossen, aber auch Einschmelzungen sind möglich. Auf die Art des Verschlusses kommt es bei der Erfindung nicht an.
Insbesondere dann, wenn ein loses Einbauteil verwendet wird, aber auch bei Verwendung einer federnden Folie ist es vorteilhaft, wenn das Einbauteil eine Länge besitzt, die sich höchstens um 10 %, bevorzugt höchstens um 5 %, von der Länge des zentralen Abschnitts unterscheidet. Dadurch wird eine gewisse natürlich Fixierung im axialer Dimension erreicht, die in etwa mit der Beweglichkeit in radialer Richtung korrespondiert. Insgesamt sind dann beide Freiheitsgrade gleichmäßig eingeschränkt.
Konkret kann das Einbauteil aus hochtemperaturbeständiger Keramik bestehen, insbesondere Al₂O₃, Oxiden des Yttrium, Magnesium, Zirkon oder aus einem Material, das diese Oxide als wesentliche Bestandteile enthält. dies gilt auch für die Folie.
Im Gegensatz zum Stand der Technik gelingt es somit, die Herstellung ausreichend zu vereinfachen, indem das Einbauteil einteilig ist.
Die Temperaturbelastung des Einbauteils ist dann ausreichend eingeschränkt, wenn das Einbauteil, bzw. dessen achsennächster Teil, einen Abstand von der Längsachse besitzt, der zumindest 80 % des Innenradius R des zentralen Abschnitts des Entladungsgefäßes beträgt, insbesondere zumindest 90 % von R.
Eine typische Anwendung ist eine Metallhalogenidlampe, die eine Füllung mit oder ohne Quecksilber-Anteil, ggf. mit inertem Zündgas, vorteilhaft Edelgas, enthält. Aber auch eine Anwendung bei Quecksilberlampen ist möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine Halogenglühlampe im Schnitt;
2 ein Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes;
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes;
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel einer Halogenglühlampe 1 zeigt 1. Dabei schließt der als Tonnenkörper 2 ausgebildete Kolben aus Quarzglas einen Leuchtkörper 3 nebst einer Halogenfüllung, wie an sich bekannt, ein. Die Kolbenenden sind durch Quetschungen 4 abgedichtet, in die Folien 5 eingebettet sind. Die äußere Stromzuführung 6 wird zu einem Sockelteil 9 geführt. Der bauchige Teil des Entladungsgefäßes ist von einem Außenkolben 11 umgeben. Ein Einbauteil 13 ist hier dadurch realisiert, dass eine dünne Folie 14, die typisch 500 μm dick ist, spiralig im zentralen Bereich des Entladungsgefäßes sich über die Länge des Leuchtkörpers 3 erstreckt.
Eine weitere Variante (2) ist eine Metallhalogenidlampe 16 mit zwei Elektroden 17, bei der das Einbauteil ein zylindrisches keramisches Rohr 18, vorteilhaft aus Al₂O₃ ist, wobei die Länge des Rohrs so bemessen ist, dass es am als Tonnenkörper gestalteten Entladungsgefäß 19 mit nur geringem Spiel anliegt. Die Gesamtlänge des Rohrs beträgt dabei etwas 120 % der Länge des Elektrodenabstands EA.
In 3 ist eine Lampe gezeigt, bei der das Entladungsgefäß 20 einen zylindrisch geformten zentralen Abschnitt 21 besitzt, an den sich zwei sich verjüngende Abschnitte 22 anschließen. Diese leiten zu den als Quetschung ausgeführten Enden 23 über. Auch hier ist das Einbauteil ein zylindrisches Rohr 24, das eine Länge von 140 % des Elektrodenabstands besitzt. Seine Länge ist etwas kleiner, nämlich 5 kleiner, als die Länge des zentralen Abschnitts 21. Sein Innendurchmesser beträgt 85 % des Innendurchmessers des zentralen Abschnitts, sein Außendurchmesser beträgt 92 % des Innendurchmessers des zentralen Abschnitts 21. Es sitzt lose im Entladungsgefäß 21, weil es aufgrund seines geringen Gewichts bei einer Dicke von 200 bis 300 μm keinerlei Beschädigung darin anrichten kann.
In 4 ist das Entladungsgefäß 20 einer 150 W Metallhalogenidlampe ähnlich wie in 3 aufgebaut. Das Einbauteil ist jedoch als elastisches Spiralrohr 25 aus drei Lagen einer keramischen Folie gewickelt, wobei die Dicke der Folie etwa 300 μm beträgt. Derartige Folien sind sehr kostengünstig. Die Oberfläche der Folie besitzt eine Temperatur von etwa 1100 °C, die das keramische Material gut übersteht. Dagegen ist die abgeschirmte Kolbenwand deutlich kühler, nämlich um etwa 100 °C. Damit verlängert sich die Lebensdauer einer derartigen Lampe beträchtlich. Die Isothermie ist deutlich verbessert, die Differenz zwischen Gold spot und hot spot beträgt nur noch 80 °C. Dagegen betrug diese Differenz ohne Einbauteil, aber mit Reflektor, in der früheren Ausführung 140 °C
In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Entladungsgefäß 20 wie in 3 aufgebaut ist, aber hier im Querschnitt gezeigt ist. Dabei ist eine großflächige Folie 30 verwendet, die im eingebauten Zustand etwa 95 % der inneren Oberfläche des zentralen Abschnitts 21 schützt. Diese Folie ist nur klemmend eingepasst, so dass sie im Prinzip im Schnitt C-förmig gestaltet ist. Weiter ist die Auslenkung des Entladungsbogens 29 gegenüber der Lage der Elektrode 28 gezeigt.
Alternativ kann die Folie 31 aber auch in ihrer Breite so gewählt sein, dass sie sich im eingeklemmten Zustand an ihren Enden überlappt (6), alternativ kann die Folie 32 auch aus zwei Teilen 33, 34 zusammengesetzt sein (7), die jeweils im wesentlichen eine Hemisphäre abdecken und sich an den Enden überlappen. Mit diesem Konzept wird eine extreme Formfreiheit erreicht, so dass verschiedene Wattagen oder Gestaltungen des Entladungsgefäßes mit einem einheitlichen Folientyp abgedeckt werden können. Die C-Form als Grundkonzept vermeidet Spannungen.
Alternativ können auch zwei Folien 36, 37 verwendet werden, deren Überlappung in axialer Länge erfolgt (8). Dabei ist der Durchmesser beider Folien leicht unterschiedlich. Damit lassen sich zwei Grundtypen von Folien für unterschiedlich lange Kolben verwenden.

Claims

Elektrische Lampe mit einem vakuumdicht abgeschlossenen Kolben aus Glas, insbesondere Quarzglas, wobei der Kolben längsgestreckt ist, insbesondere im wesentlichen zylindrisch geformt ist, und eine Längsachse L definiert, und ein Leuchtmittel sowie eine Füllung enthält, wobei außerdem im Kolben über einen zentralen Teil der axialen Länge des Leuchtmittels ein elektrisch isoliertes Einbauteil angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch isolierte Einbauteil sich mindestens über 80 % der Länge des Leuchtmittels erstreckt, und ohne Haltevorrichtung im Kolben eingebracht ist, und dass es im wesentlichen rohrförmig das Leuchtmittel beabstandet umgibt.
Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil aus Keramik gefertigt ist.
Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil eine Folie ist.
Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil selbsthalternd im Kolben angeordnet ist, insbesondere, indem es eine Federwirkung besitzt.
Elektrische Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet. dass die Federwrkung durch eine Federkraft vermittelt wird, die gegen die Innenwand des Kolbens wirkt.
Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil lose im Kolben angeordnet ist und insbesondere ein Rohr ist.
Elektrische Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr einen Außendurchmesser besitzt, der etwa 80 bis 95 % des Innendurchmessers des Kolbens ausmacht.
Elektrische Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil als Folie C-förmig an der Innenwand des Kolbens anliegt.
Elektrische Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil eine Folie ist, die spiralig gewunden ist und die an der Innenwand des Kolbens anliegt.
Elektrische Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie etwa 200 bis 1500 μm dick ist.
Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil eine Länge von mindestens 120 % des Elektrodenabstands EA besitzt, wenn die Lampe eine Entladungslampe ist.
Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben einen zentralen Abschnitt besitzt, der zylindrisch mit konstantem Durchmesser geformt ist, wobei dem zentralen Abschnitt sich verjüngende Übergangszonen benachbart sind, die zu den Enden führen.
Elektrische Lampe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil eine axiale Länge besitzt, die kürzer als die axiale Länge des zentralen Abschnitts ist, und sich höchstens um 10 %, bevorzugt höchstens 5 %, von der Länge des zentralen Abschnitts unterscheidet.
Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil aus hochtemperaturbeständiger Keramik besteht, insbesondere Al₂O₃, Oxiden des Yttrium, Magnesium, Zirkon oder aus einem Material, das diese Oxide als wesentliche Bestandteile enthält.
Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil einteilig ist.
Elektrische Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbauteil einen minimalen Abstand von der Längsachse aufweist, der zumindest 80 % des Innenradius R des zentralen Abschnitts beträgt, insbesondere zumindest 90 % von R.