EP0276888A2

EP0276888A2 - Gasentladungslampe

Info

Publication number: EP0276888A2
Application number: EP88200094A
Authority: EP
Inventors: Ernst Dr. Fischer; Horst Dr. Hörster; Reinhard Dr. Kersten; Joseph Gijsbertus Van Lierop
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH; Philips Gloeilampenfabrieken NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-01-28
Filing date: 1988-01-20
Publication date: 1988-08-03
Also published as: CN88100435A; US4866327A; CN1010355B; HUT45794A; JPS63193456A; DE3702481A1; EP0276888A3; HU196862B

Abstract

Bei einer Gasentladungslampe mit einem eine ionisierbare Gasfüllung enthaltenden Entladungsgefäß (1) aus lichtdurchlässigem Material, das mit Abstand von einer lichtdurchlässigen Außenhülle (7) umgeben ist, hat das Entladungsgefäß eine wärmeisolierende, lichtdurchlässige Umhüllung (8) aus einem mikroporösen Aerogel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit einem eine ionisierbare Gasfüllung enthaltenden Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem Material, das mit Abstand von einer lichtdurchlässigen Außenhülle umgeben ist, wobei das Entladungsgefäß innerhalb der Außenhülle eine wärmeisolierende, poröse, lichtdurchlässige Umhüllung aufweist.
Gasentladungslampen, insbesondere Hochdruck-Gasentladungslampen, besitzen ein Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem und wärmebeständigem Material, z.B. aus Quarzglas oder gesintertem Aluminiumoxid. Übliche Gasfüllungen derartiger Lampen enthalten z.B. Natrium und/oder Quecksilber, gegebenenfalls mit Zusätzen von Metallhalogeniden zur Verbesserung der Farbwiedergabe. Zur Wärmedämmung des Entladungsgefäßes ist es bekannt, dieses mit einem einfachen bzw. doppelwandigen Quarzglasrohr zu umgeben (US-PS 29 72 693 und 32 50 934). Zwecks weiterer Verringerung der Wärmeableitung hat man den Raum 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 Quarzglasrohre nicht aus, da der Abstand zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle zu gering ist.
Aus der GB-PS 481 320 ist eine Gasentladungslampe der eingangs erwähnten Art bekannt, wobei die Umhüllung aus Glaswolle besteht. Eine derartige Umhüllung bewirkt eine starke Streuung des vom Entladungsgefäß ausgehenden Lichtes, wodurch dessen Fokussierung erschwert wird. Um dies zu vermeiden, darf eine derartige Umhüllung nur eine relativ lose Packung aufweisen, wodurch aber die Wärmedämmung beschränkt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungslampe mit einer Umhüllung zu schaffen, welches eine gute Wärmedämmung des Entladungsgefäßes 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 Umhüllung ein das Entladungsgefäß mindestens teilweise einschließendes mikroporöses Aerogel ist.
Ein solches mikroporöses Aerogel besteht aus einem vernetzen und offenporigen Festkörpergerüst geringer Dichte (weniger als 10 % der Dichte eines massiven Körpers aus dem Material). Alle Hohlräume zwischen den Festkörperteilchen haben Querdurchmesser, die kleiner als die Lichtwellenlänge sind und z.B. zwischen 0,03 und 0,2 µm, vorzugsweise zwischen 0,04 und 0,07 µm liegen. Daher bewirkt ein derartiges Aerogel nur eine ganz geringe Streuung des Lichtes.
Die Umhüllung des Entladungsgefäßes kann z.B. aus Siliziumdioxid-Aerogel oder aus Aluminiumoxid-Aerogel bestehen. Derartige Aerogele sind besonders wärmefest. Ihre Lichtabsorption ist vernachlässigbar gering.
Durch die mit diesen Aerogelen bewirkte Wärmedämmung wird die thermische Abstrahlung des Entladungsgefäßes so verringert, daß bei noch technisch beherrschbaren kleineren Gefäßdimensionen die Anschlußleistung der Lampe verkleinert werden kann, oder für eine vorgegebene Leistung auf größere Gefäßdimensionen zurückgegriffen werden kann, wodurch eine einfachere Fertigung ermöglicht wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Gasentladungslampe nach der Erfindung ist die Umhüllung eine kohärente Masse, die das Entladungsgefäß eng umschließt. In dieser Weiterbildung kann das Entladungsgefäß mit dem Aerogel umgossen sein. Eine derartige Umhüllung bietet außer der Wärmedämmung einen hervorragenden Schutz gegen Explosion des Entladungsgefäßes. Bei einer vollständigen Umhüllung des Entladungsgefäßes mit dem Aerogel wird die Temperaturverteilung auf dem Entladungsgefäß gleichmäßiger. Dies hat einen günstigen Einfluß auf eine Reihe von Lampeneigenschaften, wie z.B. stabile Farbwiedergabe, Lageunabhängigkeit der Lampe und mechanische Festigkeit durch Erniedrigung von Spitzentemperaturen und damit Verringerung der Rekristallisationsneigung des Entladungsgefäßes.
Der Raum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle kann vollständig mit Aerogel gefüllt sein. Dies hat den Vorteil, daß das Aerogel gleichzeitig als mechanische Halterung für das Entladungsgefäß dienen kann und damit weitere den Lichtaustritt behindernde Halterungen entfallen können. Die Umhüllung kann aus Aerogelteilchen bestehen oder aus einer kohärenten Masse. Eine solche Masse ist vorteilhaft, weil Lichtstreuung an der Grenze vom Aerogel und der Außenhülle vermindert wird.
Wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Gasentladungslampe 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 Entladungsgefäß aufgesetzt sein.
Sind in das Entladungsgefäß Elektroden aufgenommen, kann die Umhüllung zweiteilig sein und das Entladungsgefäß lediglich im Bereich der Lampenelektroden umhüllen. Es hat sich herausgestellt, daß eine derartige nur die Lampenelektroden umgebende Umhüllung als Wärmedämmung ausreichend sein kann.
Die Umhüllung des Entladungsgefäßes mit einem Aerogel verringert die Anforderungen an ein Vakuum zwischen Entladungsgefäß und Außenhülle und an die Wärmefestigkeit der Außenhülle, so daß diese gemäß einer Weiterbildung nach der Erfindung aus Kunststoff 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.
Die Lampe nach der Erfindung kann eine Hochdruck-Gasentladungslampe, aber auch eine Niederdruck-Natriumdampfentladungslampe sein.
Einige Ausführungsbeispiele der Lampe nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnungen 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-Natriumdampfentladungslampe, deren Enden eine Umhüllung aus Aerogel haben,
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 eine ionisierbare Gasfüllung und zwei Elektroden 2 untergebracht sind, deren Anschlußdrähte 3 an Zwischenstücke 4 angeschweißt sind, die ihrerseits mit kräftigen Poldrähten 5 verbunden sind, welche mit einem Lampensockel 6 verbunden sind. Das Entladungsgefäß 1 ist mit Abstand von einer gläsernen Außenhülle 7 umgeben.
Das Entladungsgefäß 1 ist innerhalb der Außenhülle 7 mit einer porösen, lichtdurchlässigen Umhüllung 8 aus einem Aerogel, z.B. Siliziumdioxid-Aerogel, versehen. In diesem Fall ist das Entladungsgefäß 1 mit dem Aerogel 8 vollständig umgossen. (Die Herstellung von Siliziumdioxid-Aerogel ist in "Journal of Non-Crystalline Solids" 82(1986), Seite 265 bis 270, Amsterdam beschrieben.)
Die in Fig. 2 dargestellte Niederdruck-Natriumdampfentladungslampe besitzt ein U-förmiges Entladungsgefäß 9, das eine ionisierbare Gasfüllung hat und mit seitlichen Ausbuchtungen 10 zur Aufnahme von Natrium versehen ist. An den Enden des U-förmigen Entladungsgefäßes 9 befinden sich Elektroden 11, deren Anschlüsse mit einem Lampensockel 12 verbunden sind. Das Entladungsgefäß 9 ist mit Abstand von einer gläsernen Außenhülle 13 umgeben. Der Raum zwischen Entladungsgefäß 9 und Außenhülle 13 ist mit mikroporösen, kugelförmigen Aerogelteilchen 14 gefüllt, die eine lichdurchlässige Umhüllung des Entladungsgefäßes 9 bilden.
Die Hochdruck-Natriumdampfentladungslampe nach Fig. 3 besitzt ein rohrförmiges Entladungsgefäß 15 aus lichtdurchlässigem Aluminiumoxid. Die Enden des Entladungsgefäßes 15 sind mit Keramikstopfen 16 verschlossen, in denen Stromzuführungsdrähte 17 zu Elektroden 18 aufgenommen 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-Metallhalogenidentladungslampe nach Fig. 4 besitzt 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 hat hierbei jedoch eine parabolische Form und ist auf der Innenseite mit einer Reflexionsschicht 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 35 W Anschlußleistung ohne Umhüllung wurde durch die Aerogelumhüllung des Entladungsgefäßes die Anschlußleistung auf 20 W verringert bei gleicher Farbtemperatur. Darüber hinaus ergab sich überraschenderweise auch noch eine Verbesserung der Lichtausbeute von 78 auf 86 lm/W. Die Dichte des Siliziumdioxid-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 Farbtemperatur ist deutlich verringert; so verringert sich z.B. bei der Lampe nach Fig. 1 die Differenz der Farbtemperatur zwischen vertikaler und horizontaler Stellung der Entladung von 700 auf 200 K. Die verwendeten Aerogele aus Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid sind UV-beständig. Die beschriebenen Aerogelumhüllungen der Entladungsgefäße zeigen keine merkbaren Absorptionen der ausgesandten Strahlung im sichtbaren Spektralbereich. Diese Aerogelumhüllungen sind bis etwa 1000°C wärmebeständig.

Claims

1. Gasentladungslampe mit einem eine ionisierbare Gasfüllung enthaltenden Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem Material, das mit Abstand von einer lichtdurchlässigen Außenhülle umgeben ist, wobei das Entladungsgefäß innerhalb der Außenhülle eine wärmeisolierende, poröse, lichtdurchlässige Umhüllung aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ein das Entladungsgefäß mindestens teilweise einschließendes mikroporöses Aerogel ist.

2. Lampe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ein Siliziumdioxid-Aerogel ist.

3. Lampe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ein Aluminiumoxid-Aerogel ist.

4. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung eine kohärente Masse ist.

5. Lampe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Masse die Außenhülle füllt.

6. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle mit Aerogelteilchen gefüllt ist.

7. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus Formkörpern besteht, die der Form des Entladungsgefäßes angepaßt sind.

8. Lampe nach Anspruch 7, in dessen Entladungsgefäß Elektroden aufgenommen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß lediglich im Bereich der Lampenelektroden von Formkörpern umhüllt ist.

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

10. Lampe nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Außenhülle als Reflektor ausgebildet ist.