DE69008752T2 - Elektrodenlose Niederdruckentladungslampe. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektrodenlose Niederdruckentladungslampe mit einem gasdicht geschlossenen Entladungsgefäß, das mit einem ionisierbaren Metalldampf und mit einem Edelgas gefüllt ist, wobei die Lampe mit einem Zylinderkern aus magnetischem Material, das von einer Metalldrahtwicklung zum Erzeugen eines elektromagnetischen Felds im Entladungsgefäß während des Lampenbetriebs umgeben ist, und eine Hochfrequenz-Stromversorgungseinheit in Verbindung mit dieser Wicklung enthält, wobei der Kern aus magnetischem Material mit einem Kühlkörper versehen ist. Eine derartige Lampe ist aus der amerikanischen Patentschrift 4 536 675 bekannt.
• Bei dieser bekannten Lampe ist in den Kern aus magnetischem Material (wie Ferrit) ein stabförmiger Kühlkörper beispielsweise aus Kupfer aufgenommen, der verhindern soll, daß im Betrieb die Temperatur des Magnetkerns auf einen zu hohen Wert ansteigt. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß, wenn im Lampenbetrieb das Kernmaterial zu heiß wird, die Gefahr besteht, daß die spezifischen magnetischen Verluste des Kerns größer werden und die magnetische Permeabilität des Materials abnimmt. Durch die dabei auftretenden Leistungsverluste im Kern sinkt die Lichtausbeute der Lampe ab. Diese Erscheinung tritt insbesondere auf, wenn der Lampe eine verhältnismäßig hohe Leistung zugeführt wird.
• Es hat sich herausgestellt, daß bei Lampen mit einer verhältnismäßig hohen zugeführten Leistung das magnetische Kernmaterial ungenügend vom massiven Stab gekühlt wird.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrodenlose Niederdruckentladungslampe zu schaffen, bei der eine verhältnismäßig hohe zugeführte Leistung eine hohe Lichtausbeute hat und bei der die oben genannten Wärmeprobleme möglichst vermieden sind.
• Eine elektrodenlose Niederdruckentladungslampe der eingangs erwähnten Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper ein an der Stelle der Längsachse des Kerns befindliches Wärmerohr ist, das wenigstens bis nahe bei seinem ersten Ende vom Kern umgeben wird, wobei das zweite Ende auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur gehalten wird.
• Mit einer effindungsgemäßen Lampe wird eine hohe Lichtausbeute verwirklicht. Die Umwandlungsausbeute elektrische Leistung in Licht hat auch bei einer verhältnismäßig hohen zugeführten Leistung (etwa 50 W oder höher) einen hohen Wert. Die hohe Lichtausbeute bei der zugeführten hohen Leistung wird dadurch erhalten, daß die Temperatur des Kerns durch das Wärmerohr niedrig ist. Das Wärmerohr hat einen bedeutend niedrigeren thermischen Widerstand als ein massiver Metallkörper (wie ein Kupferstab), der sich im Kern der bekannten Lampe befindet. Die Kühlleistung des Wärmerohrs ist höher und der Temperaturanstieg des Magnetmaterials des Kerns (wie Ferrit) ist stark begrenzt.Das Prinzip eines Wärmerohrs ist in USP 2 350 348 und in Philips Techn. Review 33, 1973, Nr. 4, S108...117 beschrieben, und der Inhalt dieser Veröffentlichungen sei als Bestandteil dieser Beschreibung anzusehen. Es hat sich gezeigt, daß im Betrieb mit der erwähriten verhältnismäßig hohen Leistung die bekannte Lampe, bei der der Kern mit einem massiven Metallstab versehen ist, bedeutend größer bemessen werden müßte, um die gleiche Lichtausbeute und denselben Wirkungsgrad zu erhalten. Bei der erfindungsgemäßen Lampe ist dies überflüssig. Die Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Lampe sind daher größer.
• Durch das Wärmerohr wird die Temperatur des Magnetkerns durch den niedrigen thermischen Widerstand des Wärmerohrs auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert stabilisiert. Die Wärme des Kerns wird dabei schnell nach einer außerhalb des Entladungsgefäßes liegenden Stelle abgeleitet.
• In einer praktischen Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Lampe eine fluoreszierende Niederdruckquecksilberdampfentladungslampe. Vorzugsweise befindet sich die Wicklung auf der Außenseite eines um den Kern herum angeordneten Kunststoffzylinders. Hierdurch wird erreicht, daß die Temperatur dieses Zylinders ebenfalls verhältnismäßig niedrig bleibt. Dabei gibt es eine große Wahl in den zu verwendenden Kunststoffarten.
• In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Ende des Wärmerohrs durch eine Verbindung mit niedrigem thermischem Widerstand mit einem Metallkörper verbunden (beispielsweise einen Kupferflansch, in den das Ende mit Preßsitz aufgenommen ist). Dabei wird eine optimale Kühlung des zweiten Endes verwirklicht.
• In einer besonderen Ausführungsförm ist der Metallkörper an der Wand eines Metallgehäuses befestigt, das das Entladungsgefäß der Lampe wenigstens teilweise umgibt. Ein derartiges Gehäuse dient ebenfalls als Wärmesumpf und ist beispielsweise eine Dünnwandmetallleuchte, die beispielsweise versenkt in einer Decke angebracht werden kann. Der Vorteil einer derartigen Ausführungsform ist, daß das Ende des Wärmerohrs im Lampenbetrieb vom Metallgehäuse auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur gehalten wird.
• In einem anderen Ausführungsbeispiel ist zwischen der Außenwand des Entladungsgefäßes und der Wand des Gehäuses ein Reflektor angeordnet. Mit dem Reflektor wird Licht aus dem Entladungsgefäß gebündelt. Da die Wärmeableitung durch das Wärmerohr optimal ist, ist die Temperatur des heißesten Punkts des Magnetkerns im Lampenbetrieb mehr als halbiert im Vergleich zur bekannten Lampe. Anwendung von Kunststoffen im Entladungsgefäß (beispielswese der bereits erwähnten zylinderförmige Kunststoffträger für die Wicklung oder für den Reflektor) sind dabei möglich.
• Die Erfindung wird nachstehend anliand der Zeichnung näher erläutert.
• In der Zeichnung ist schematisch zuin Teil in der Ansicht und zum Teil im Schnitt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrodenlosen Niederdruckentladungslampe dargestellt.
• Die Lampe enthält ein gasdicht abgeschlossenes etwas kugelförmiges Glasentladungsgefäß 1, das mit Quecksilberdampf und einem Edelgas gefüllt ist. Die Innenwand des Entladungsgefäßes ist mit einer Fluoreszenzschicht zum Umsetzen der in der Entladung erzeugten Ultraviolettstrahlung in sichtbares Licht versehen. In der Wand des Lampenkolbens befindet sich an der Stelle seifier Symmetrieachse eine zylinderförmige Einstülpung 2, auf deren Wand eine reflektierende und fluoreszierende Schicht angebracht ist. Hierin befindet sich ein in der Zeichnung schraffiert dargestellter zylinderförmiger Ferritkern 3. Um den Kern herum ist ein Kunststoffzylinder 4 angeordnet, der an seiner Außenseite mit einer Wicklung 5 aus Metalldraht versehen ist. Die beiden Enden dieser Wicklung sind über Drähte 6a und 6b mit einer außerhalb des Entladungsgefäßes liegenden elektrischen Hochtfrequenzspeiseeinheit 6 verbunden (schematisch dargestellt). Mit dieser Speiseeinheit und der genannten Wicklung 5 wird im Entladungsgefäß ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld erzeugt. Der Ferritkern 3 enthält an der Stelle seiner Längsache ein Wärmerohr 7, das sich bis zum (ersten) Ende 8 des Kerns erstreckt. Das zweite Ende 9 des Wärmerohrs 7 liegt außerhalb des Ferritskerns. Der außerhalb des Kerns liegende Teil ist vorwiegend von einem Teil des bereits erwähnten Kunststoffzylinders 4 umgeben.
• Das zweite Ende 9 des Wärmerohrs ist mit Preßsitz in einen Metallflansch aufgenommen, der an der Wand eines Metallgehäuses 11 befestigt ist. Dieses Gehäuse umgibt das Entladungsgefäß 1 teilweise, wobei Funkstörung auf einen zulässigen Pegel unterdrückt wird. Es ist in einer Decke (12) befestigt. Zwischen diesem Gehäuse und dem Entladungsgefäß befndet sich weiter ein Reflektor 13, der nahe beim Flansch 10 an der Wand des Gehäuses befestigt ist. An der Lichtaustrittsseite ist das Gehäuse mit einem Gitter 14 abgeschlossen Das Wärmerohr enthält einen Teil mit einem verhältnismäßig großen Außendurchmesser und einen Teil mit einem verhältnismäßig kleinen Außendurchmesser. An der Stelle, an der das Wärmerohr vom Kern umgeben ist (der Verdampferteil des Wärmerohrs) ist der Außendurchmesser kleiner als außerhalb des Kerns (der Kondensorteil). Der Verdampferteil hat jedoch ein derartiges Oberflächengebiet, daß die Temperatur des Arbeitsfluids zum Verdampfen und also zum Kühlen des Kerns hoch genug bleibt. Der Innendurchmesser des Wärmerohrs ist jedoch über seine ganze Länge gleich. Durch die hohe thermische Belastung im Verdampferteil des Wärmerohrs (d.h. der vom Kern umgebene Teil) wird vorzugsweise Wasser als Fluidmedium verwendet. Auch ist im Wärmrohr eine feine Kapillarstruktur erforderlich. Insbesondere in einer Brennstellung der Lampe, bei der der Verdampferteil über dem Kondensorteil liegt, ist die erwähnte Strtiktur für eine gute Wirkung des Wärmerohrs erforderlich (der Kondensorteil ist groß genug, so daß seine Temperatur im Betrieb niedrig genug ist, wodurch das Wasser kondensiert). Als Material für das Wärmerohr eignet sich Kupfer besonders. Die Kapillarstruktur ist als eine feinmaschige an der Innenwand des Wärmerohrs liegende Gaze aus Phosphorbronze ausgeführt. Durch diese Gase hat das Wasser im Wärmerohr einen sehr geringen Strömungswiderstand und wird eine zuverlässige Benetzung der Wand erhalten. Auch wenn die Lampe in einer Stellung betrieben wird, in der der Verdampferteil des Wärmerohrs höher liegt als der Kondensorteil, wird die Schwerkraft ausreichend überwunden.
• Da das zweite Ende des Wärmerohrs mit Preßsitz in den Flansch aufgenommen ist, ist eine gute Wärmeableitung gewährleistet. Dieser Verbindung wird außerdem ein niedrigschmelzendes Zinnlot für einen guten thermischen Kontakt zugefügt. Der Flanseh selbst (ebenfalls aus Kupfer) ist derart bemessen, daß der thermische Widerstand nach dem Gehäuse einen geringen Wert hat.
• Eine Lampe nach der Zeichnung lieferte im Betrieb bei 2,65MHz etwa 6000 Lumen bei einer Leistungsaufnahme (einschließllch der Speisung) von 90 W. Der Wirkungsgrad der Anordnung betrug daher etwa 66 Lumen/W. Der zyllnderförmige Magnetkern (Ferrit, Philips 4C6) hatte einen Außendurchmesser von 12 mm. Die Wicklung um die Kunststoffhülse enthielt etwa 15 Windungen. Der im Feriritkern liegende Teil des Wärmerohre hatte einen Außendurchmesser von 5 mm, der übrige Teil hatte einen Außendurchmesser von 6 mm. Der Innendurchmesser betrug 4 mm.
• Für eine bei Raumtemperatur betriebene Lampe mit der oben erwähnten zugeführten Leistung von 90 W betrug die Temperatur des Ferritkerns etwa 120ºC. Bei einer bekannten Lampe mit einem Kupferstab, die unter den gleichen Bedingungen betrieben wurde, wurde eine Temperatur des Ferris über 210ºC festgestellt. Durch die verhältnismäßig niedrige Temperatur des Kernes bei der erfindungsgemäßen Lampe können mehrere Kunststoffe für die Hülse 4 verwendet werden. Außerdem zeigte es sich, daß die Temperatur der Glaswand an der Steile der Einstülpung bei der erfindungsgemäßen Lampe niedriger war als bei der bekannten Lampe.

Claims (5)

1. Elektrodenlose Niederdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß (1), das gasdicht abgeschlossen und mit einem ionisierbaren Metalldampf und mit einem Edelgas gefüllt ist, wobei die Lampe einen Zylinderkern (3) aus einem magnetischen Material, das von einer Metalldrahtwindung (5) zum Erzeugen eines elektromagnetischen Feldes im Entladungsgefäß im Betrieb der Lampen umgeben ist, und eine elektrische Hf-Stromversorgungseinheit (6) in Verbindung mit der Windung enthält, und der MagnetmateriaIkern mit einem Kühlkörper verliehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkörper ein im Bereich der Längsachse des Kerns befindlicher Wärmehohlleiter ist, den der Kern wenigstens bin in der Nähe seines ersten Endes (8) umgibt, während sein zweites Ende (9) auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur gehalten wird.

2. Elektrodenlose Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Winding sich auf der Außseite eines den Kern umgebenden Zylinders (4) aus synthetischem Material befindet.

3. Elektrodenlose Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende (9) des Wärmehohlleiters über eine Verbindung mit niedrigem Wärmewiderstand mit einem Metallkörper verbunden ist.

4. Elektrodenlose Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkörper an der Wand eines dünnwandigen Metallgehäuses (11) befestigt ist, das das Entladungsgefäß wenigstens teilweise umgibt.

5. Elektrodenlose Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenwand des Entladungsgefäßes der Lampe und der Gehäusewand ein Refiektor (13) angeordnet ist.