EP1975975A1

EP1975975A1 - Baueinheit für eine elektrische Lampe mit Aussenkolben

Info

Publication number: EP1975975A1
Application number: EP08102928A
Authority: EP
Inventors: Sascha Piltz; Karen Twesten
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2008-10-01
Also published as: US20080238322A1; JP2008258161A; CN101276726A; CA2627711A1

Abstract

Die Baueinheit für eine elektrische Lampe, mit einem langgestreckten keramischen Innenkolben (2), mit einem Zentralteil (3), ist an zwei Seiten mit Kapillaren (5) verschlossen, wobei der Innenkolben eine Lampenachse besitzt, und wobei in dem Innenkolben ein Leuchtmittel untergebracht ist, wobei der Innenkolben von einem Außenkolben (4) umgeben ist, und wobei der Außenkolben zwei Enden (6) aufweist, die über jeweils über ein Verbindungsmittel direkt mit den Kapillaren des Entladungsgefäßes verbunden sind.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Baueinheit für eine elektrischen Lampe mit Außenkolben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen oder Halogenglühlampen.

Stand der Technik

WO-A 2006/0131202 beschreibt eine Hochdruckentladungslampe mit Außenkolben, bei der ein Außenkolben mit einer Basisplatte verbunden ist, die zur Durchführung der Stromzuführungen dient. Der Glaskolben ist dabei in Hartglastechnologie unter Verwendung von Aluminosilikatglas ausgeführt. Dadurch wird eine Quetschung im Außenkolben eingespart und die Länge des Außenkolbens reduziert.
Aus der EP-A 1 659 617 ist bekannt, eine Hochdruckentladungslampe mit einem Außenkolben auszustatten, der über eine verkürzte Quetschung verfügt. Dabei wird ein Hohlraum zwischen den beiden Folien in der Quetschfläche belassen, der die Stromzuführung und einen Teil des Entladungsgefäßes beinhaltet.
Aus der EP-A 1 492 146 ist ein Herstellungsverfahren für eine elektrische Lampe mit einem Außenkolben bekannt, bei dem der Außenkolben das Innengefäß nicht vollständig umschließt. Eine Variante mit einem vollständig das Innengefäß umschließenden Außenkolben ist beispielsweise in EP-A 465 083 angegeben. Dabei wird versucht, bei einem Entladungsgefäß aus Quarzglas einen Außenkolben so zu gestalten, dass auf bekannte Pumpstengeltechniken radikal verzichtet werden kann.
Aus der DE-Az 10 2006 045 889.3 ist ein Herstellverfahren für eine Hochdruckentladungslampe bekannt, bei der ein keramisches Entladungsgefäß in einem verkürzten Außenkolben aus Quarzglas mittels Folieneinschmelzung angeordnet ist.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Baueinheit für eine elektrische Lampe bereitzustellen, deren Baulänge gegenüber konventionellen Lampen deutlich reduziert ist, so dass der Bau besonders kompakter Lichtquellen ermöglicht wird.
Eine weitere Aufgabe ist die Reduzierung von Bauteilen und eine schnellere Fertigung durch Vermeidung langwieriger Prozesse. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer Lampe, die einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die Baueinheit kann entweder direkt mit einer geeigneten Sockelung bestückt werden. Sie kann alternativ und bevorzugt in eine Reflektorlampe oder Leuchte eingesetzt werden.
Eine Reduzierung der axialen Länge eines Außenkolbens ist generell zur Miniaturisierung von elektrischen Lampen wünschenswert, dies gilt in besonderem Maße für Hochdruckentladungslampen wie Metallhalogenidlampen. Besonders wichtig ist dieses Ziel bei Reflektorlampen. Zur Integration von Hochdruckentladungslampen mit keramischen Entladungsgefäßen als Lichtquelle in Reflektorlampen muss die Gesamtlänge der Hochdruckentladungslampe reduziert werden. Dies ist beispielsweise erforderlich, um die Normlängen der Reflektorlampen einzuhalten, oder um kleinere Reflektoren zu verwenden, oder um den Lichtschwerpunkt zu variieren sowie um mehr Platz für Montage- und Fixierelemente zur Verfügung zu haben.
Die Erfindung verwirklicht eine Reduzierung der Außenkolbenlänge derart, dass Gestellkomponenten bzw. äußere Stromzuführungen außerhalb des Außenkolbens liegen, weil dieser nicht die volle Länge des Entladungsgefäßes abdeckt, so dass der Außenkolben nur die Funktion eines thermischen Isolators oder eines Schutzes des Entladungsgefäßes übernimmt.
Der bevorzugt in Quarzglas ausgeführte Außenkolben umschließt das keramische Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe nur insofern, als er eine definierte Umgebung schafft. Die Besonderheit liegt darin, dass der thermisch geformte Außenkolben in Höhe der Kapillaren des Entladungsgefäßes oder eines unmittelbar am Ende der Kapillare angesetzten metallischen oder nichtmetallischen, aber elektrisch leitfähigen Anschlussstücks abschließt und mit den Kapillaren oder dem Anschlussstück eine gemeinsame Dichtfläche bildet. Diese Dichtfläche kann direkt zwischen dem Glasmaterial des Außenkolbens und der Kapillarkeramik oder dem Anschlussstück oder indirekt durch ein verbindendes Glaslot geschaffen werden.
Die Außenkolbenfüllung kann optional Vakuum, Stickstoff (50 mbar - 800 mbar), Argon (50 mbar - 800 mbar) oder Luft (Normaldruck, offenes System) sein. Die Befüllung des Entladungsgefäßes kann vor oder nach Erzeugung der Fügestelle erfolgen.
Die Verkürzung des Außenkolbens verringert die Gesamtlänge der Lampe, die auch nur als Baueinheit ausgeführt sein kann, so dass die Integration einer Baueinheit in Reflektoren und Leuchten sehr kurzer Baulänge möglich ist. Die Verkürzung gegenüber dem Stand der Technik erfolgt derart, dass die Verbindung zwischen dem Elektrodensystem, insbesondere der äußeren Stromzuführung, und einem etwaigen Gestell einer Lampe außerhalb des Außenkolbens liegen kann. Dadurch wird eine bessere Wärmeleitung an der Einschmelzung des Elektrodensystems in der Keramikkapillare erreicht, zumal eine Verlängerung der Kapillaren aufgrund der Längeneinsparung und somit eine zusätzliche Wärmeabfuhr möglich ist.
Die Erzeugung der Dichtfläche des Außenkolbens direkt an den Keramikkapillaren - entweder durch direktes Aufschmelzen des Endes des Außenkolbens oder durch Verwendung eines weiteren, ggf. auch mehrlagigen Glaslots mit einem Gradienten des Wärmeausdehnungskoeffizienten spart die bislang notwendige Verwendung von Mo-Folien im Glasquetschbereich des Außenkolbens. Außerdem können die Einzelkomponenten Außenkolben und Entladungsgefäß vor der Befüllung des Entladungsgefäßes mit Metallhalogeniden, Quecksilber und Elektrodensystemen gefertigt werden, so dass keine thermische Beeinflussung des Entladungsgefäß-Systems und der Einschmelzung durch nachfolgende Fertigungsprozessschritte erfolgt.
Alternativ zu einem abgedichteten Außenkolben kann dieser offen, also ohne Abdichtung zur Außenatmosphäre hin ausgeführt werden. In diesem Fall dient der Außenkolben lediglich als Platzerschutz und optional als optischer Filter. Zwischen Außenkolben und Keramikkapillare kann ein mechanischer Federclip angebracht sein, der zeitgleich zur Fixierung des Entladungsgefäßes zum Außenkolben die Funktion einer Zündhilfe übernimmt.
Die direkte Abdichtung zwischen Außenkolben und keramischem Entladungsgefäß ist allerdings wegen des unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten sehr schwierig, so dass diese Ausführungsform bevorzugt für Fälle ohne vakuumdichter Abdichtung des Außenkolbens eingesetzt werden kann.
Beide Dichtflächen an den entgegengesetzten Enden des Außenkolben können durch thermische Formung der Enden des Außenkolbens erzeugt werden. Sie können in einem Arbeitsschritt und auf einem Fertigungssystem hergestellt werden. Umspannvorgänge oder separate Pumpstängel sind nicht mehr erforderlich. Voraussetzung hierfür ist die Dichtflächenerzeugung in einer Prozesskammer, die mit dem gewünschten Außenkolbengas gefüllt ist. Weiterhin erlaubt die Symmetrie eine freie Anbindung des Gestells bzw. beliebige Einbaulagen, die je nach Brennlage angepasst werden können. Möglich ist auch die Zusammensetzung des Außenkolbens aus zwei Teilen.
Um den Kontakt von Nb-haltigen Bestandteilen des Elektrodensystems, wie sie normalerweise verwendet werden, mit sauerstoffhaltiger Umgebung zu vermeiden, können andere Elektrodenkonstruktionen genutzt werden:

a) vierteiliges Eo-System W/Mo/Nb/Mo: Der Nb-Teil des vierteiligen Elektrodensystems wird am Rande der Keramikkapillare des Brenners komplett durch ein Glaslot eingehüllt. Außerhalb des sauerstofffreien Bereichs verfügt das Elektrodensystem wieder über einen Mo-haltigen Teilabschnitt, der weitestgehend inert gegenüber der Atmosphäre ist.
b) Es wird ein Keramikkern mit Mo-Drähten umsponnen und mit einer W-Elektrode versehen (sog. Multistrand-System). Außerhalb des sauerstofffreien Bereichs verfügt das Elektrodensystem wieder über einen Mo-haltigen Teilabschnitt, der weitestgehend inert gegenüber der Atmosphäre ist.
c) Cermetdurchführung: Das Elektrodensystem besteht aus W/Mo/Cermet, also einer Mischung aus A1203 und Mo. Außerhalb des sauerstofffreien Bereichs verfügt das Elektrodensystem über einen Cermet-Teilabschnitt, der weitestgehend inert gegenüber der Atmosphäre ist.

Ein weiteres vorteilhaftes geometrisches Merkmal ist der große Abstand der Stromzuführungskontakte sowie die Gestaltungsfreiheit bezüglich des Gestells und der Stromzuführungen. Dadurch sind hohe Zündspannungen deutlich größer als 2 kV möglich, die wiederum die Optionen Heißwiederzündfähigkeit und schnelle Lichtverfügbarkeit ermöglichen.
Die wesentlichen Merkmale der Baueinheit sind der kurze, jeweils etwa auf Höhe der Kapillare abschließende Außenkolben zur Längenreduzierung sowie die Möglichkeit der Nutzung hoher Zündspannungen aufgrund des großen Abstands der beiden Stromführungskontakte.
Insgesamt ermöglicht es das neue Konzept, die Baulänge einer Lampe um eine Größenordnung von 10 mm zu verkleinern, was bei einer typischen Baulänge von vormals 60 bis 70 mm einer Größenordnung von etwa 15 % entspricht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Baueinheit gesamt (Figur 1a) und im Detail (Figur 1b);
Fig. 2 bis 5 weitere Ausführungsbeispiele einer Baueinheit;
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Reflektorlampe.
Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Reflektorlampe.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Figur 1a zeigt eine Baueinheit 1. Sie besteht aus einem keramischen Entladungsgefäß 2, das entlang einer Langsachse A in einem Außenkolben 4 aus Quarzglas gehaltert ist. Das Entladungsgefäß 2 besteht aus einem bauchigen Zentral teil 3 und zwei daran angesetzten Kapillaren 5, wie an sich bekannt. Jedoch ist die konkrete Form des Zentralteils für die Erfindung unerheblich. Der Außenkolben besitzt zentral einen maximalen Durchmesser in Höhe des Entladungsgefäßes. Er hat zwei Enden 6 mit reduziertem Durchmesser, die sich in Richtung der Kapillaren 5 erstrecken. Im konkreten Ausführungsbeispiel sitzt das Ende 6 des Außenkolbens direkt auf der Kapillare auf. Die Kapillare 5 besitzt außen, siehe Detail Figur 1b, eine umlaufende Riefe 10, in die beim Formgebungsprozess das erwärmte Ende 6 des Außenkolbens mittels einer am Ende 6 angeformten Rastnase 11 eingeformt wird. Somit wird eine mechanische einfache Halterungsmöglichkeit für den Außenkolben geschaffen, wobei innerhalb des Außenkolbens eine Atmosphäre aus Luft herrscht.
Figur 2 zeigt eine Baueinheit 1, bei der der Außenkolben 4 vakuumdicht mit dem Entladungsgefäß 2 verbunden ist. Dies geschieht durch eine mehrlagige Schicht 12 aus Glasloten, die zwischen Ende des Außenkolbens und der Kapillare 5 angebracht ist. Um ein Evakuieren und Füllen des Außenkolbens zu ermöglichen, weist der Außenkolben einen Pumpstengel 13 auf. Die mehrlagige Schicht aus Glasloten besteht aus an sich bekannten Glasloten, beispielsweise ähnlich wie in EP0652586 beschrieben.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Baueinheit 1, bei dem das Ende 15 des Außenkolbens 4 nicht direkt auf die Kapillare 5 geführt ist, sondern nur in dessen unmittelbare Nähe. Die Gesamtlänge des Außenkolbens kann dabei sogar etwas länger als die des Entladungsgefäßes 2 sein, aber auch etwas kürzer. Am Ende der Kapillare des Entladungsgefäßes ist an der äußeren Stromzuführung 16 eine spezielle becherförmige Kontakthülse 17 angebracht. Diese hat einen verdickten Boden 18, der die äußere Stromzuführung in einer Bohrung 20 aufnimmt. Die Wandung 19 des Bechers liegt von innen am Ende 6 des Außenkolbens an. Die becherförmige Kontakthülse ist bevorzugt aus Molybdän gefertigt, wie im Prinzip an sich bekannt. Eine vakuumdichte Abdichtung zwischen Außenkolben und Kontakthülse kann beispielsweise mittels Glaslot erfolgen. Auch andere duktile Materialen können für die Kontakthülse verwendet werden, siehe hierzu beispielsweise US-A 3 685 475 .
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Baueinheit 1 ähnlich Figur 1, jedoch ist der Außenkolben 30 aus zwei trichterförmigen Teilen 31 zusammengesetzt, bestehend jeweils aus Trichteröffnung 36 und Trichterhals 37 die nachträglich in der Mitte 38, also der Öffnung des Trichters, zusammengefügt wurden. Bei dieser Ausführungsform muss der Hals 37 des Trichters nicht aufwendig nach dem Aufsetzen auf das Entladungsgefäß auf den Durchmesser der Kapillare 5 reduziert werden. Vielmehr ist der Trichterhals bereits von vornherein möglichst gut an den Durchmesser der Kapillare angepasst. Es muss lediglich eine Verbindung, beispielsweise durch moderates lokales Erwärmen in Form einer Randnaht 38, zwischen den Randflächen der beiden Trichteröffnungen 31 geschaffen werden. Die Halterung am Entladungsgefäß kann beispielsweise durch eine Rastnase 39 am Ende des Trichterhalses geschaffen werden.
Wenn eine vakuumdichte Abdichtung des Außenkolbens gewünscht ist, wird ein Pumploch 40 im Bereich der Randnaht vorgesehen, siehe Figur 5, und die Rastnase 39 am Ende des Trichterhalses wird mittels Glaslot 41 mit dem Ende der Kapillare 5 verbunden.
Das Entladungsgefäß hat beispielsweise eine Füllung aus Metallhalogeniden wie an sich bekannt. Des weiteren sind im Entladungsgefäß zwei Elektroden angeordnet, zwischen denen der Entladungsbogen brennt.
Die beiden Teile 31 des Außenkolbens sind vorteilhaft identisch und können etwa in Höhe des Zentralteils des Entladungsgefäßes miteinander verbunden, wie gezeigt. Die axiale Länge der beiden Teile 31 ist dann in grober Näherung etwa gleich lang. Es sind selbstverständlich aber auch unterschiedliche Längen der beiden Teile 31 möglich.
Figur 6 zeigt eine Reflektorlampe 45, die eine Baueinheit wie oben beschrieben beherbergt. Sie besteht aus einer Baueinheit 1 mit Entladungsgefäß und Außenkolben wie beispielsweise in Figur 1 beschrieben. Dies Baueinheit ist in einem Reflektor als Hüllteil untergebracht, wobei der Reflektor ein konkaves Vorderteil 46 besitzt und einen Halsbereich 47, der in einer Abschlussplatte 48 endet. In dieser Platte sind zwei Kontaktstücke 49 befestigt. Zwei Gestelldrähte 50 fixieren die Baueinheit in der Lampe, indem sie zu den zwei Kontaktstiften 49 in der Platte am Ende des Halses geführt sind. Zusätzlich sind die Gestelldrähte mit Kitt 51 fixiert. Selbstverständlich sind auch andere Befestigungsmöglichkeiten anwendbar.
Figur 7 zeigt eine Reflektorlampe 52, bei der die Baueinheit 1 quer zur Längsachse des Reflektors montiert ist. Diese Montage ist wegen der geringen Baulänge der Baueinheit ohne weiteres möglich.
Die Füllung im Innenkolben ist im Falle eines Filaments als Leuchtmittel eine konventionelle Füllung, wie beispielsweise in EP-A 295 592 beschrieben.
Die Abmessungen der Lampen variieren in Abhängigkeit von geometrischen Ausführungsvariante und der Lampenleistung. Die minimale Lampenlänge bei einer Metallhalogenidlampe mit keramischem Entladungsgefäß und einer Leistung von 20 W beträgt 34 mm. Analog ist die minimale Lampenlänge bei einer Leistung von 35 W etwa 41 mm.

Claims

Baueinheit für eine elektrische Lampe, mit einem langgestreckten keramischen Innenkolben, mit einem Zentral teil, das an zwei Seiten mit Kapillaren verschlossen ist, wobei der Innenkolben eine Lampenachse besitzt, und wobei in dem Innenkolben ein Leuchtmittel untergebracht ist, wobei der Innenkolben von einem Außenkolben umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben zwei Enden aufweist, die über jeweils über ein Verbindungsmittel direkt mit den Kapillaren des Entladungsgefäßes verbunden sind.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel eine Nase am Ende des Außenkolbens ist, die sich in eine Riefe, die außen an der Kapillare angebracht ist, erstreckt.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel ein Glaslot ist, das aus mehreren Schichten besteht und das sich zwischen der Kapillare und dem Ende des Außenkolbens erstreckt.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel eine becherförmige Kontakthülse ist, wobei der Becher eine Wandung und einen Boden besitzt, wobei das Ende des Außenkolbens an der Wandung des Bechers anliegt, und der Boden des Bechers mit der aus dem Entladungsgefäß herausragenden äußeren Stromzuführung verbunden ist.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, wobei jedes Teil trichterförmig aufgeweitet ist und eine Trichteröffnung und einen Hals besitzt, wobei der Hals an seinem Ende einen nach innen weisenden Rand besitzt, der am Ende der kapillare anliegt und ggf. mittels Glaslot dort abgedichtet ist.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Außenkolbens aus Quarzglas, Hartglas, oder Vycor, besteht.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe eine Glühlampe ist, wobei das Leuchtmittel eine Glühwendel ist.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe eine Entladungslampe ist, wobei das Leuchtmittel ein Entladungsbogen ist.
Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit aus Innenkolben und Außenkolben in einem Hüllteil untergebracht ist, insbesondere in einem Reflektor oder in einem weiteren Kolben.
Lampe oder Leuchte mit einer Baueinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche