DE3702481A1 - Gasentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit einem eine ioinisierbare Gasfüllung enthaltenden Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem Material, das mit Abstand von einer lichtdurchlässigen Außenhülle umgeben ist, wobei sich im Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle ein isolierendes, poröses, lichtdurchlässiges Material befindet, welches das Entladungsgefäß wenigstens teilweise umhüllt.

Gasentladungslampen, insbesondere Hochdruck-Gasentladungs­ lampen, besitzen ein Entladungsgefäß aus lichtdurch­ lässigem und temperaturbeständigem Material, z.B. aus Quarzglas oder gesintertem Aluminiumoxid. Übliche Gas­ füllungen derartiger Lampen enthalten z.B. Natrium oder Quecksilber, auch mit Zusätzen von Metallhalogeniden zur Verbesserung der Farbwiedergabe. Zur Wärmedämmung des Entladungsgefäßes ist es bekannt, dieses mit einem einfachen bzw. doppelwandigen Quarzrohr zu umgeben (US-PS 29 72 693 und 32 50 934). Zwecks weiterer Verringerung der Wärmeableitung hat man den Zwischenraum zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben evakuiert. In vielen Fällen, insbesondere bei Gasentladungslampen geringer Leistung, z.B. kleiner 70 W, reicht die Wärmedämmung des Entladungsgefäßes durch äußere Quarzrohre nicht aus, da der Abstand zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle zu gering ist.

Aus der GB-PS 4 81 320 ist eine Gasentladungslampe bekannt, bei der sich im Raum zwischen Entladungsgefäß und Außen­ kolben ein isolierendes, poröses, lichtdurchlässiges Material befindet, welches z.B. eine Umhüllung aus Glas­ wolle sein kann. Ein derartiges Material bewirkt eine starke Streuung des vom Entladungsgefäß ausgehenden Lichtes, wodurch dessen Fokussierung erschwert wird. Daher darf ein derartiges Material nur eine relativ lose Packung aufweisen, wodurch aber die Wärmedämmung beschränkt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungslampe mit einem zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben befindlichen wärmedämmenden Material zu schaffen, welches eine gute Wärmedämmung des Entladungs­ gefäßes bewirkt, gleichzeitig aber das ausgestrahlte Licht entweder gar nicht oder nur wenig beeinflußt.

Diese Aufgabe wird bei einer Gasentladungslampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die aus porösem Material bestehende Umhüllung ein das Entladungsgefäß ganz oder teilweise einschließendes mikroporöses Aerogel ist.

Ein solches mikroporöses Aerogel besteht aus einem vernetzen und offenporigen Festkörpergerüst geringer Dichte (mehr als eine Größenordnung weniger als der normale Festkörper). Alle Hohlräume zwischen den Fest­ körperteilchen sind kleiner als die Lichtwellenlänge, liegen z.B. zwischen 0,03 und 0,2 µm, vorzugsweise zwischen 0,04 und 0,07 µm. Daher bewirkt ein derartiges Aerogel nur eine ganz geringe Streuung des Lichtes.

Die mikroporöse Umhüllung des Entladungsgefäßes kann entweder aus Quarz-Aerogel (SiO₂-Aerogel) oder aus Aluminiumoxid-Aerogel bestehen. Derartige Aerogele sind besonders temperaturfest. Ihre Lichtabsorption ist vernachlässigbar gering.

Durch die mit diesen Aerogelen bewirkte Wärmedämmung wird die thermische Abstrahlung des Entladungsgefäßes so ver­ ringert, daß entweder bei den noch technisch beherrsch­ baren kleinsten Gefäßdimensionen die Anschlußleistung verkleinert werden kann, oder für eine vorgegebene Leistungsklasse auf größere Gefäßdimensionen zurückge­ griffen werden kann, wodurch eine einfachere Fertigung ermöglicht wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Gasentladungslampe nach der Erfindung ist das Entladungsgefäß mit dem Aerogel umgossen. Eine derartige Umhüllung bietet außer der Wärme­ dämmung einen hervorragenden Explosionsschutz des Entladungsgefäßes. Durch die vollständige Umhüllung des Entladungsgefäßes mit dem Aerogel wird die Temperatur­ verteilung auf der Innenwand des Entladungsgefäßes gleich­ mäßiger. Dies hat einen günstigen Einfluß auf eine Reihe von Lampeneigenschaften, wie z.B. stabile Farbwiedergabe, Lageunabhängigkeit der Lampe und Verbesserung der mechanischen Festigkeit durch Abbau von Spitzen­ temperaturen und damit Verringerung der Rekristallisa­ tionsneigung des Entladungsgefäßes.

Vorzugsweise ist der Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle vollständig mit Aerogel gefüllt. Dies hat den Vorteil, daß das Aerogel gleichzeitig als mechanische Halterung für das Entladungsgefäß dient und damit weitere den Lichtaustritt behindernde Halterungen entfallen können. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die zusätzliche Streuung an der Grenze vom Aerogel zur Außenhülle vermindert wird, auch durch eine geringere Verschmutzungs­ gefahr an dieser Grenze.

Stellt man keine hohen Ansprüche an geringe Lichtstreuung, erreicht man ähnliche gute Eigenschaften auch dann, wenn gemäß einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung der Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle mit Aerogel­ teilchen, vorzugsweise Aerogelkugeln, gefüllt ist. Eine derartige Füllung läßt sich bei der Fertigung der Lampe in einfacher Weise vornehmen.

Wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Gasentladungs­ lampe nach der Erfindung das Entladungsgefäß wenigstens teilweise mit einem seiner Außenform angepaßten Formkörper aus Aerogel umhüllt ist, kann dieser Formkörper getrennt hergestellt und bei der Lampenmontage auf das Entladungs­ gefäß aufgesetzt werden.

Sind in das Entladungsgefäß Elektroden aufgenommen, kann der Formkörper hierbei aus zwei Teilen bestehen, die das Entladungsgefäß lediglich im Bereich der Lampenelektroden umhüllen. Es hat sich herausgestellt, daß in einigen Fällen eine derartige nur die Lampenelektroden umgebene Umhüllung als Wärmedämmung ausreicht.

Die Umhüllung des Entladungsgefäßes mit einem Aerogel verringert die Anforderungen an ein notwendiges Vakuum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle und an die Temperaturfestigkeit der Außenhülle selbst, so daß diese gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung aus Kunst­ stoff bestehen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung ist die Außenhülle als Reflektor ausgebildet, d.h. die Außenhülle ist auf ihrer Außen- oder Innenseite mit einer Reflexionsschicht versehen. In diesem Falle kann die Gasentladungslampe als Strahlerlampe verwendet werden. Bei einer solchen fokussierenden Beleuchtung ist die oben beschriebene vollständige Füllung des Kolbens mit Aerogel günstig, da dadurch eine zusätzliche störende Streuung am Rand des Aerogelkörpers vermieden wird.

Die Erfindung ist insbesondere bei Hochdruck- Gasentladungslampen, aber auch z.B. bei Niederdruck- Natriumdampfentladungslampen anwendbar.

Einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Hochdruck-Metallhalogenidentladungslampe, deren Entladungsgefäß mit einem Aerogel umgossen ist,

Fig. 2 einen teilweisen Längsschnitt einer Niederdruck- Natriumdampfentladungslampe, bei welcher der Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle mit Aerogelteilchen gefüllt ist,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Hochdruck-Natrium­ dampfentladungslampe, auf deren Enden Formkörper aus Aerogel aufgesetzt sind,

Fig. 4 einen teilweisen Längsschnitt durch eine Hochdruck-Metallhalogenidentladungslampe, deren Außenhülle als Reflektor ausgebildet ist.

Die Hochdruck-Metallhalogenidentladungslampe nach Fig. 1 besitzt ein Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas, in dem zwei Elektroden 2 untergebracht sind, deren Anschlußdrähte 3 an Zwischenstücke 4 angeschweißt sind, die ihrerseits wiederum mit kräftigen Poldrähten 5 verbunden sind, welche in einem Lampensockel 6 aufgenommen sind. Das Ganze ist von einer gläsernen Außenhülle 7 umgeben.

Das Entladungsgefäß 1 ist mit einer Umhüllung 8 aus einem mikroporösen Aerogel, z.B. einem Quarz-Aerogel, versehen. In diesem Fall ist das Entladungsgefäß 1 mit dem Aerogel 8 vollständig umgossen. (Die Herstellung von Quarz-Aerogel ist in "Journal of Non-Crystalline Solids" 82 (1986), Seite 265 bis 270, Amsterdam beschrieben.) Die in Fig. 2 dargestellte Niederdruck-Natriumdampf­ entladungslampe besitzt ein U-förmiges Entladungsgefäß 9, das mit seitlichen Ausbuchtungen 10 zur Aufnahme des Natriums versehen ist. An den Enden des U-förmigen Entladungsgefäßes 9 befinden sich Elektroden 11, deren Anschlüsse in einem Lampensockel 12 münden. Das Entladungsgefäß 9 ist wiederum von einer gläsernen Außen­ hülle 13 umgeben. Der Raum zwischen Entladungsgefäß 9 und Außenhülle 13 ist mit vorzugsweise kugelförmigen Aerogel­ teilchen 14 gefüllt.

Die Hochdruck-Natriumdampfentladungslampe nach Fig. 3 besitzt ein Entladungsgefäß 15 aus transparentem Aluminiumoxid. Die Enden des rohrförmigen Entladungs­ gefäßes 15 sind durch Keramikstopfen 16 verschlossen, in denen Stromzuführungsdrähte 17 zu Elektroden 18 einge­ bettet sind. Auf die Enden des Entladungsgefäßes 15 sind Formkörper 19 aus Aerogel, insbesondere Aluminiumoxid- Aerogel, aufgesetzt, welche das Entladungsgefäß 15 lediglich im Bereich der Lampenelektroden 18 umhüllen.

Die als Strahler ausgebildete Hochdruck-Metallhalogenid­ entladungslampe nach Fig. 4 besitzt wiederum ein Entladungsgefäß 20, welches in einer Außenhülle 21 aus Glas oder Kunststoff untergebracht ist. Der Lampenaufbau entspricht im wesentlichen der Lampe nach Fig. 1. Die Außenhülle 21 geht hierbei jedoch in eine parabolische Form über und ist auf der Innenseite mit einer Reflexions­ schicht 22 bedeckt. Der Raum zwischen Entladungsgefäß 20 und der Außenhülle 21 ist hierbei vollständig mit Aerogel 23 gefüllt.

Bei einer Hochdruck-Metallhalogeniddampfentladungslampe nach Fig. 1 mit ursprünglich 35 W Anschlußleistung wurde durch die Aerogelumhüllung des Entladungsgefäßes die Anschlußleistung auf 20 W verringert bei gleicher Farb­ temperatur. Darüber hinaus ergab sich überraschenderweise auch noch eine Verbesserung der Lichtausbeute von 78 auf 86 lm/W. Die Dichte des Quarz-Aerogels betrug 0,16 g/cm³, während die Dichte von Quarzglas 2,2 g/cm³ ist.

Die Betriebsbedingungen der beschriebenen Lampen sind weitgehend unabhängig vom Gasdruck in der Außenhülle. Die sonst übliche geometrische Lageabhängigkeit der Farb­ temperatur ist deutlich verringert; so verringert sich z.B. bei der Lampe nach Fig. 1 die Differenz der Farb­ temperatur zwischen vertikaler und horizontaler Stellung von 700 auf 200 K. Die verwendeten Aerogele aus Quarz oder Aluminiumoxid sind UV-beständig. Die beschriebenen Aerogelumhüllungen der Entladungsgefäße zeigen keine merkbaren Absorptionen im sichtbaren Spektralbereich des ausgestrahlten Lichtes. Die Aerogelumhüllungen sind bis etwa 1000°C temperaturbeständig.

Claims (10)

1. Gasentladungslampe mit einem eine ionisierbare Gasfüllung enthaltenden Entladungsgefäß aus lichtdurch­ lässigem Material, das mit Abstand von einer lichtdurch­ lässigen Außenhülle umgeben ist, wobei sich im Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle ein isolierendes, poröses, lichtdurchlässiges Material befindet, welches das Entladungsgefäß wenigstens teilweise umhüllt, dadurch gekennzeichnet, daß die aus porösem Material bestehende Umhüllung (8; 14; 19; 23) ein das Entladungs­ gefäß (1; 9; 15; 21) ganz oder teilweise einschließendes mikroporöses Aerogel ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Umhüllung (8; 14; 19; 23) des Entladungsgefäßes (1; 9; 15; 20) aus Quarz-Aerogel besteht.

3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mikroporöse Umhüllung (8; 14; 19; 23) des Entladungs­ gefäßes (1; 9; 15; 20) aus Aluminiumoxid-Aerogel besteht.

4. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (1) mit dem Aerogel (8) umgossen ist.

5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Entladungs­ gefäß (20) und Außenhülle (21) vollständig mit Aerogel (23) gefüllt ist.

6. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Entladungs­ gefäß (9) und Außenhülle (13) mit Aerogelteilchen (14), vorzugsweise Aerogelkugeln, gefüllt ist.

7. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (15) wenigstens teilweise mit einem seiner Außenform angepaßten Formkörper (19) aus Aerogel umhüllt ist.

8. Lampe nach Anspruch 7, in dessen Entladungsgefäß Elektroden aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus zwei Teilen (19) besteht, die das Entladungsgefäß (15) lediglich im Bereich der Lampenelektroden (18) umhüllen.

9. Lampe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle (21) aus Kunststoff besteht.

10. Lampe nach einem der vorherigen Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle (21) als Reflektor (22) ausgebildet ist.