[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] Die Lampe nach der Erfindung kann eine Hochdruck-Gasentladungslampe, aber auch eine
Niederdruck-Natriumdampfentladungslampe sein.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.)
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
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.