DE3200697A1 - Elektrische lichtquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Lichtquelle, die einen mit einem Gestell vakuumdicht abgesperrten, lichtdurchlässigen, im wesentlichen achsensymmetrischen Kolben, ein in dem Kolben unter der Einwirkung des elektrisehen Stromes lichtemittierendes Mittel und einen durch das Gestell mit dem das Licht emittierenden Mittel in elektrischer Verbindung stehenden, mit dem Kolben vereinigten, an einer Fassung mechanisch und elektrisch anschließbaren Sockel aufweist. Mit der Erfindung wird eine neuartige Ausbildung einer Lichtquelle angestrebt, die den allgemein bekannten konventionellen Glühlampen hinsichtlich der Gestaltung des Kolbens, des Sockels und des Gestelles gleich oder sehr ähnlich ist.

Wie bekannt, weisen die konventionellen Lichtquellen als lichtemittierendes Mittel eine Glühwendel auf, die am Gestell mechanisch und elektrisch angeschlossen ist und auf die Einwirkung des elektrischen Stromes Licht emittiert. Die Lichtausbeute dieser konventionellen Glühlampen ist zwar sehr niedrig, aber wegen der angenehmen Lichtfarbe und Farbenwiedergabe und ihrer historisch allgemeinen Verbreitung sind Glühlampen heutzutage immer noch in größtem Maße unter den handelsüblichen Lichtquellen vertreten und werden insbesondere für die Innenraumbeleuch-5 tung verwendet.

Als neue Lichtquellen sind Hochdruck-Natriumdampflampen bekannt geworden, deren lichtemittierendes Mittel ein mit einer Füllung aus Edelgas und aus Metallzusätzen,

insbesondere aus Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber bestehenden Füllung, versehenes Entladungsgefäß bildet, dessen Innendruck im Betrieb gegen 10 Pa beträgt, wobei der Kolben dieses Entladungsgefäßes aus Aluminiumoxyd hergestellt ist. Diese Lampen werden in immer stärkerem Maße besonders für Außenbeleuchtungszwecke, also für die Beleuchtung von Straßen und Plätzen verwendet. Der größte Vorteil dieser Lampen ist der sehr günstige Wirkungsgrad, d.h. die Lichtausbeute, die wegen der immer steigenden Energiepreise begründen sollte, daß eine breitere Anwendung von Lichtquellen mit niedrigerem Energiebedarf erfolgen sollte. Der Nachteil von Hochdruck-Natriumdampflampen ist die nicht genügend gute Farbwiedergabe. Ihre Lichtfarbe ist weiß-gelb, die zwar bei Straßenbeleuchtung den Anforderungen entspricht, aber den Innenraum-Beleuchtungsansprüchen nicht genügt. Solchen Ansprüchen würden eine Hoch-druck-Natriumdampflampe mit reicherer Farbwiedergabe entsprechen, insbesondere wenn diese Lampe zum Zweck der Energieeinsparung zum Ersetzen von konventionellen Glühlampen, an deren einwandfreie Farbwiedergabe man gewöhnt ist, geeignet wäre. Ein weiteres Problem besteht darin, daß das Entladungsgefäß der bisher bekannten Hochdruck-Natriumdampflampen zu lang ist. Das verhältnismäßig dünne aber lange, aus Aluminiumoxyd-Keramik oder Saphir hergestellte Rohr ist an beiden Enden durch Absperrelemente hermetisch abgesperrt. Im Ende dieser Röhre sind Elektroden angeordnet, die über die Absperrelemente durch hermetische Abdichtung an Stromeinleitungen angeschlossen sind, die in den Innenraum des Entladungsgefäßes hineingeführt sind. Im Falle einer an sich bekannten Hochdruck-Natriumdampflampe von 70 W beträgt die Länge des Rohres 58 mm und sein innerer Durchmesser 3,5 mm, d.h. die Proportion des inneren Durchmessers zu der Länge ist 16,5. Man kann leicht einsehen, daß Lichtquellen mit solcher Geometrie und besonders mit solcher

Länge in herkömmliche Glühlampen wegen ihrer äußeren Abmessungen und wegen der verwendeten Bestandteile sowie auch wegen ihrer Konstruktion nicht passen. Eine Anpassung ist auch wegen der übrigen Eigenschaften der an sich bekannten dünnen und langen Entladungsgefäße, und zwar wegen der unterschiedlichen Betriebs- und physikalischen Eigenschaften besonders schwierig. Diese Schwierigkeiten treten besonders dann in den Vordergrund, wenn man die an sich bekannten Entladungsgefäße, wie sie in Hochdruck-Natriumdampflampen verwendet werden, für Innenraumbeleuchtungen bzw. für die Erfüllung von allgemeinen Beleuchtungsaufgaben verwenden will. In diesem Fall 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. Die Erhöhung des Druckes verursacht aber Schwierigkeiten beim Wiederzünden. (Bei der Speisung mit Wechselstrom hört die Entladung am Ende der Halbperiode immer auf, und am Anfang der nächsten Halbperiode muß sie wieder neu zustande kommen.) Bei hohem Druck wird das Wiederzünden noch dadurch erschwert, daß das wegen der Entladung ionisierte Gas auf die Einwirkung der Wandeffekte zu einer Rekombinationsbildung, d.h. zur Neutralisierung neigt. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, den Durchmesser zu erhöhen, wodurch aber das erregte Licht in dem Gas in erhöhtem Maße absorbiert wird und die mit dem Kolben des Entladungsgefäßes verbundenen Probleme (Herstellung, hermetische Abdichtung) noch schwieriger wurden. Die Überlastung des Entladungsgefäßes verursacht die Steigerung der Betriebstemperatur, die beim gegebenen Druck die

Sicherheit der Abdichtung des Entladungsgefäßes noch sinken läßt.

Ziel der Erfindung ist, als Ersatz für die konventionellen Glühlampen eine elektrische Lichtquelle zu schaffen, die in ihrer Gestaltung einfach und energiesparend ist, d.h. erhöhte Lichtausbeute besitzt, die hinsichtlich der Farbwiedergabe und übriger optischer Parameter konventionellen Glühlampen gleichwertig ist und weitestgehend durch die herkömmliche Glühlampentechnologie und deren Einrichtungen herstellbar ist.

Der Grundgedanke der Erfindung beruht auf der unerwarteten Erkenntnis, daß, wenn die Länge des Rohres des Entladungsgefäßes in bezug auf den Durchmesser dieses Entladungsgefäßes bedeutend kürzer gemacht wird und gleichzeitig ein Entladungsgefäß mit verhältnismäßig kleinem inneren Durchmesser gewählt wird, dann eine elektrische Lichtquelle zustande gebracht werden kann, die trotz erhöhtem Druck und notwendiger Überlastung des Entladungsgefäßes nicht nur das entsprechende Licht erzeugen kann (weil wegen der geringen Entfernung zwischen dem Plasma der Entladung und der Röhrenwand der Absorption des erregten Lichtes minimal ist), sondern im Vergleich mit den bekannten Konstruktionen das Entladungsgefäß leichter herstellbar ist, wobei sogar eine bedeutend höhere Zuverlässigkeit erreicht wird. Es wurde erkannt, daß die Länge der Röhre höchstens neunmal so groß sein darf wie ihr innerer Durchmesser, um die gewünschten günstigen Wirkungen zu erreichen.

Die Erfindung betrifft also eine elektrische Lichtquelle, die einen mit einem Gestell vakuumdicht abgesperrten, lichtdurchlässigen, im wesentlichen achsensymmetrischen Kolben, ein in dem Kolben unter der Einwirkung des elektrischen Stromes lichtemittierendes Mittel und einen durch

das Gestell mit dem das Licht emittierenden Mittel in elektrischer Verbindung stehenden, mit dem Kolben vereinigten, an einer Fassung mechanisch und elektrisch anschließbaren Sockel aufweist.
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Im Sinne der Erfindung sind am Gestell stromleitende Halter angeordnet, an deren Enden als lichtemittierendes Mittel ein im wesentlichen rohrförmiges, Edelgas und Füllstoff, insbesondere Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber enthaltendes Entladungsgefäß elektrisch und mechanisch angeschlossen ist.

Die er findings gemäße Lichtquelle kann an konventionellen Lampenproduktionsstraßen leicht hergestellt und automatisch montiert werden. Die Lichtquelle benötigt im wesentlichen Bestandteile wie sie auch Glühlampen besitzen, mit Ausnahme der Glühwendel, deren Stelle ein Entladungsgefäß entsprechender Abmessungen einnimmt.

Im Hinblick auf die Herstellung der Lampe ist von besonders großer Bedeutung, daß die Länge des Entladungsgefäßes 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. Damit können elektrische Lichtquellen mit einer Leistungsaufnahme von höchstens 100 W hergestellt werden, wobei der größte Durchmesser des Kolbens 70 mm beträgt. Ein Vorteil ist, daß man mit solchen geometrischen Abmessungen die Röhre des Entladungsgefäßes mit sehr geringen geometrischen Toleranzen erzeugen kann, 5 was im Hinblick auf die hermetische Absperrung der Gefäß-

enden sehr günstig ist. Die Lichtquelle hat dadurch trotz hohem Betriebsdruck und Überlastung eine größere Zuverlässigkeit und Lebensdauer. 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. Auf diese Weise kann aus der Proportion der Länge und des Durchmessers des Rohres 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 Rohres bestimmt werden.

Die erfindungsgemäßen elektrischen Lichtquellen können den gewünschten Anwendungsgebieten entsprechend ausgebildet werden. Sie können z.B. mit mattiertem, gefärbtem, gegebenenfalls einem ein selektives StrahlungsSpektrum durchlassenden, besonders licht- und/oder wärmerückstrahlenden Überzug aufweisenden 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 elektrisehen Lichtquelle als sogenannte kompakte Lampen derart ausgebildet werden, daß die Lampen an den Halsteil des Kolbens und/oder Lampensockel anpaßbare, vorzugsweise drehkörperförmige, mit der Lampe zusammengebaute oder an diese anpaßbare und elektrisch anschließbare strombegrenzende Einheiten aufweisen, die gegebenenfalls Zündimpulse abgebende Vorschaltgeräte bilden. Das Vorschaltgerät kann einen mit Halbleitern ausgebildeten Hochfrequenzumwandler enthalten, wobei, wenigstens einige Schaltelemente bzw. Konstruktionselemente im Lampensockel angeordnet werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es 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 zumeist bei Glühlampen mit Kryptongasfüllung verwendet ist, 10

Fig. 3 das Schema der erfindungsgemäßen Lichtquelle in einer Phase ihrer Montage, und zwar in der Anfangsphase der Einlötung, mit der relativen Lage der Bestandteile, und
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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.h. mit einem kugelförmigen Domteil versehenen Kolben (s. Fig. 1) oder mit einem solchen pilzförmigen Kolben (s. Fig. 2) versehen sein,der zumeist für Glühlampen mit Kryptongasfüllung verwendet ist, hergestellt werden.

An einen Lampensockel 3, der gegebenenfalls mit einem Gewinde ausgebildet ist, wird im allgemeinen ein drehkörperförmiger, aus Glas hergestellter Kolben 1 angepaßt, in welchen auf an sich bekannte Weise ein Gestell 2 eingelötet wird. An dem Gestell 2 ist mechanisch und elektrisch ein Entladungsgefäß 4· angeschlossen.. In das Gestell 2 werden auf an sich bekannte Weise Halter 5 und 6 mit hermetischer Durchführung eingebaut und an ihren Enden, die sich im Innenraum des Kolbens 1 befinden, das Entladungsgefäß 4 ange-

schlossen, wobei Stromeinleitungen 43, 44 sie elektrische Verbindung und Schellen 41, 42 eine mechanische Verbindung herstellen. Die Schellen 41, 42 umgreifen die Enden des rohrförmigen Entladungsgefäßes 4, das in waagerechter Richtung im Kolben 1 bzw. senkrecht zur Längsachse der ganzen Lampe angeordnet ist.

Die Halter 5 und 6 sind im Vergleich mit solchen herkömmlicher Glühlampen aus dickerem und festerem Material herzustellen.

Gemäß einer realisierten Ausführungsform der Erfindung ist das Entladungsgefäß aus einem Aluminiumoxyd-Keramikrohr oder einem Saphirrohr hergestellt, dessen Innendurchmesser 3,5 mm und dessen Länge 24 mm beträgt. Die Stromeinleitungen 43, 44 mit ihren aus den Enden des Kolbens 1 herausragenden und an den Haltern 5 und 6 abgebogenen Teilen bilden die maximale Ausdehnung h = 31 mm (s. Fig. 3) des Gestelles 2 in Querrichtung zur Längsachse der Lampe. Somit kann das Gestell 2 in den Kolben B einer herkömmlichen Glühlampe von 40 W - als Zwischenoperation der Herstellung bzw. des Zusammenbaues der herkömmlichen Lampen, und zwar vor der sogenannten Einlötungsoperation, wenn durch Erwärmung während der Drehung der Lampe die Schweißoperationen vorgenommen werden - in den in Fig. 3 mit Pfeil A bezeichneten Bereich ohne Schwierigkeiten eingebracht werden, da der kleinste Innendurchmesser d des Kolbens B im gegebenen Falle 32 mm beträgt. In Übereinstimmung mit der zur Herstellung von herkömmlichen Glühlampen üblichen Technologie wird nach der Schweißung der Innenraum des Kolbens 1 abgepumpt und gegebenenfalls wird dieser Innenraum mit inertem Füllgas über ein Saugrohr E gefüllt. Nach dem Einlöten des Saugrohres E entsteht ein in Fig. 4 dargestelltes Zwischenprodukt, das dann mit dem Lampensockel 3 versehen, d.h.

auf an sich bekannte Weine fertiggestellt wird.

■IV

In den Enden des Aluminiumoxyd-Keramikrohres des Entla- ' dungsgefäßes 4, das als Beispiel mit einer Länge von 24 mm und mit einem Innendurchmesser von 3,5 mm hergestellt wurde, werden die Elektroden mit einer'Entfernung von 16 mm voneinander angeordnet. Das Entladungsgefäß 4. wird mit Xenon und einer 8% Natrium enthaltenden Natrium-Kadmium-Legierung gefüllt. Die elektrische Lichtquelle, die aufgrund der obigen Erläuterungen hergestellt ist, besitzt eine Leistungsaufnahme von 35 W, wobei der Lichtstrom 2 300 lumen ist. Dies bedeutet eine vierfache Lichtausbeute im Vergleich mit äußerlich gleichen 40 W Glühlampen bekannter Art.

Gemäß dem oben beschriebenen Aufbau der erfindungsgemäßen Lampe wurden ausschließlich durch Verminderung des Elektrodenabstandes in dem Entladungsgefäß um 4 bis 12 mm solche Lichtquellen als Ausführungsbeispiele hergestellt, die bei einer geringfügig erhöhten Leistungsaufnahme praktisch zur Ausstrahlung weißen Lichts fähig waren. 20

Die erfindungsgemäße Lichtquelle kann in zahlreichen Ausführungsformen hergestellt werden, bei welchen die Abmessungen des Entladungsgefäßes, die Art und Weise der Absperrung und Abdichtung, die Art und Weise der Stromeinfüh-5 rung, der Füllung, der Fixierung, die Herstellung dess Kolbens, der Sockeltyp, die Leistungsaufnahme sowie die optischen und elektrischen Parameter von den angegebenen Beispielen abweichen können.

Claims (9)

1. PATENTANWALTSBÜRO

   PATENTANWÄLTE DIPL-ING. W. MEISSNER (1980) DIPL-ING. P. E. MEISSNER DIPL-ING. H.-J. PRESTING

   Zugelassene Vertreter vor dem Europäischen Patentamt -Professional Representatives before the European Patent Office

   Ihr Zeichen Ihr Schreiben vom Unsere Zeichen HERBERTSTR. 22,1000 BERLIN 33

   Pr/Ka/34-.037-272 08.01.1982

   Egyesült Izzolämpa es Villamossägi RT. Väci ut. 77
   H-1340 Budapest

   Elektrische Lichtquelle
   Patentansprüche:

   /l/i Elektrische Lichtquelle, die einen mit einem Gestell vakuumdicht abgesperrten, lichtdurchlässigen, im wesentlichen .achsensymmetrisch ausgebildeten Kolben, ein in dem Kolben angeordnetes, unter Einwirkung elektrischen Stromes Licht emittierendes Mittel und einen mit dem lichtemittierenden Mittel über das Gestell in elektrischer Verbindung stehenden, an einer äußeren, mit dem Kolben eine Einheit bildenden, an einer Fassung mechanisch und elektrisch anschließbaren Lampensockel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am Gestell (2) metallisch stromleitende Halter (5, 6) angeordnet sind, an deren Enden als lichtemittierendes Mittel ein im wesentlichen rohrförmiges, Edelgas und Füllstoff, insbesondere Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber enthaltendes Entladungsgefäß (M-) elektrisch und mechanisch angeschlossen ist.

   TELEX: TELEGRAMM: TELEFON: BANKKONTO: POSTSCHECKKONTO: 1-85644 INVENTION BERLIN BERLINER BANK AG. P. MEISSNEa BLN-W invend BERLIN 030/891 60 37 BERLIN 31 404737-103 030/891 30 26 3696716000
2. 2. Lichtquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des rohrförmigen Entladungsgefäßes (M-) höchstens das neunfache seines inneren Durchmessers ist.
3. 3. Lichtquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (M-.) in der Symmetrieebene des Kolbens (1) oder senkrecht dazu angeordnet ist.
4. M-. Elektrische Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge (h) des Entladungsgefäßes (4) kleiner ist als der kleinste Durchmesser (d) des Kolbens (1) im Raum zwischen dem Sockel (3) und dem Entladungsgefäß (M-).
5. 5. Elektrische Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis M-, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens auf einem Teil der Oberfläche des Kolbens (D ein mattierter und/oder gefärbter und/oder das Licht des Entladungsgefäßes (M-) selektiv durchlassender Überzug vorhanden ist.
6. 6 . Elektrische Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis M, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Oberfläche des Kolbens (1) mit einem lichtdurchlässigen und/oder wärmerückstrahlenden Überzug versehen ist.
7. 7. Elektrische Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem mit dem Sokkel (3) verbundenen, vorzugsweise wenigstens teilweise im Sockel (3) angeordneten, vorzugsweise drehkörperförmxgen, strombegrenzenden, gegebenenfalls auch Zündimpulse abgebenden Vorschaltgerät versehen ist.
8. 8. Elektrische Lichtquelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschaltgerät mit einem Hochfre-5 quenzumwandler versehen ist.
9. 9. Elektrische Lichtquelle nach einem der Ansprüche 1
   bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Abmessung des Durchmessers 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.