WO2008046770A2 - Niederdruckentladungslampe - Google Patents

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WO2008046770A2
WO2008046770A2 PCT/EP2007/060737 EP2007060737W WO2008046770A2 WO 2008046770 A2 WO2008046770 A2 WO 2008046770A2 EP 2007060737 W EP2007060737 W EP 2007060737W WO 2008046770 A2 WO2008046770 A2 WO 2008046770A2
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low
discharge lamp
fluid
discharge vessel
pressure discharge
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Klaus Stockwald
Herbert Weiss
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Osram GmbH
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Osram GmbH
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
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    • H01J61/52—Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
    • H01J61/523—Heating or cooling particular parts of the lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/70—Lamps with low-pressure unconstricted discharge having a cold pressure < 400 Torr

Definitions

  • the invention relates to a low-pressure discharge lamp, which can be designed with electrodes or electrodeless and whose ionizable filling requires an elevated temperature for emission.
  • mercury and sodium low-pressure lamps are frequently used.
  • the monochromatic yellow-emitting sodium low-pressure lamps are of limited use due to the lack of color rendering properties.
  • a wide field of application is mercury low-pressure lamps, which are also referred to as fluorescent lamps, in which the ultraviolet radiation generated in the discharge space with the resonance lines of 254 nm and 185 nm with the aid of applied to the discharge vessel phosphors is convertible into visible radiation.
  • Mercury is preferred for low-pressure discharge lamps because the luminous flux is maximal at an ambient temperature of approximately 25 ° C.
  • mercury has increasingly been regarded as an environmentally harmful and toxic substance that is to be avoided in modern mass production, also with regard to the problem-free disposal of lighting fixtures.
  • mercury-free high-pressure lamps are known in which the photometric and electrical properties of typical metal halide high-pressure lamps are obtained. Due to the different requirements for high-pressure lamps and low-pressure lamps, the mercury-free filling and the design of the discharge vessel can not be transferred to low-pressure lamps.
  • the invention is based on the object
  • Low-pressure discharge lamp has a fluid and a discharge vessel in which an ionizable filling is present.
  • the ionizable filling has a noble gas or a mixture of several noble gases with a pressure between 0.1 and 100 hPa and an emitting substance for generating the radiation required for the phosphor excitation.
  • the surface temperature of the discharge vessel is at least partially adjustable.
  • the emitting substance comprises at least one metal halide, a metal and / or an organometallic compound (for example chelate) of the metals Fe, Co, Ni, Cu, Al, Ga, In, Ti, Ge, Sn, Se, Te, Cr has.
  • an organometallic compound for example chelate
  • the surface temperature at the coldest point of the discharge vessel is adjustable and when the fluid is high temperature resistant.
  • high surface temperatures at the discharge vessel can be adjusted with respect to optimum vapor pressure conditions for the desired molecular mixture of the ionizable filling.
  • a temperature adjusting device is provided, via which the temperature of the fluid in the range of 150 to 350 0 C to ⁇ 25k is precisely adjustable. This can be implemented over a longer period optimal light yields.
  • the fluid is preferably transparent or translucent and preferably has a silicone oil, whereby an accurate temperature control can be implemented without greatly reducing the luminous efficacy.
  • the fluid may be located in an enveloping body that surrounds the discharge vessel at least in sections. so that the energy loss during heating of the discharge vessel can be minimized.
  • a phosphor layer is provided, which is applied at least in sections to the inner circumference of the discharge vessel.
  • the conversion of emitted radiation into visible radiation occurs at the discharge vessel.
  • the fluid has a phosphor admixture, by means of which the radiation produced in the discharge vessel can be converted into visible radiation.
  • the fluid has a double function: both
  • the enveloping body may be surrounded at least in sections by a vacuum jacket which minimizes the heat radiation from the discharge lamp.
  • the discharge vessel is preferably rod-shaped, ring-shaped or U-shaped, so that comparable fields of use as with conventional fluorescent lamps are possible.
  • the discharge lamp is electrodeless, wherein the discharge vessel is configured in such a way that results in a toroidal gas discharge volume and the discharge is triggered by inductive coupling. Furthermore, it is preferred if the discharge lamp is designed to be electrodeless, the discharge vessel is formed substantially spherical and the Discharge via inductive coupling is triggered. In this way, cylindrical or spherical discharge vessels can be implemented without additionally introduced electrodes, ie with a homogeneous inner surface.
  • FIG. 1A shows a mercury-free low-pressure discharge lamp according to the first
  • Fig. 2 is a mercury-free low-pressure discharge lamp according to the second embodiment
  • Fig. 3 is a mercury-free low-pressure discharge lamp according to the third embodiment.
  • a lamp according to the invention will now be described with reference to the first embodiment shown in FIG. 1A.
  • the lamp according to the invention according to the first embodiment is a mercury-free low-pressure discharge lamp 1.
  • the lamp 1 has a tubular discharge vessel 2, the two end portions 4, 6 are gas-tight. With the Ends 4, 6 of the discharge vessel 2, an electrode frame 8, 10 fused in each case.
  • the electrode racks 8, 10 each have an electrode coil 12, 14 and two power supply wires 16a, 16b, 18a, 18b electrically connected to the ends of the electrode coil 12, 14.
  • the electrode coils 12, 14 are arranged in the interior 20 of the discharge vessel 2 and transversely to the longitudinal axis of the discharge vessel 2.
  • mercury-free, emissive substances as ionizable filling in the form of noble gas-molecular gas mixtures.
  • This mixture has a base gas in the form of a noble gas or a noble gas mixture, for example of at least one of the noble gases Ar, Ne, He, Xe, Kr, in a pressure range typically from 0.1 to 100 hPa.
  • a noble gas or a noble gas mixture for example of at least one of the noble gases Ar, Ne, He, Xe, Kr, in a pressure range typically from 0.1 to 100 hPa.
  • at least one metal halide and / or one of the metals Fe, Co, Ni, Cu, Al, Ga, In, Ti, Ge, Sn, Se, Te, Cr is present in the filling gas. It is preferred if the metal is in the form of organometallic chelate compounds.
  • the discharge vessel 2 of the first embodiment is formed, for example, with a diameter of 25mm and a length of 200 mm.
  • the ionizable filling in the interior has in this example Ar at a pressure of 2.5 hPa and a mixture of InBr and InCl and metallic In with 0.2mg each.
  • the discharge vessel 2 is surrounded over its entire longitudinal axis by a thin-walled enveloping body 22, in which a temperature-controllable, high-temperature-resistant fluid 24, which is transparent in the visible and near the UV region, is located.
  • This fluid 24 surrounds the discharge chamber 2 including the cold spot and is for example silicone oil, in particular methylphenylpolysiloxanes.
  • the fluid layer around the vessel has a layer thickness of approximately 0.1 to 3 mm and is circulated by a pump 26 via a heater 28.
  • the pump 26 is, for example, a diaphragm pump or a vane pump.
  • In the heat cycle is located near the fluid outlet from the enveloping body 22 further includes a temperature sensor 30 whose output signal passes to an electrical control circuit, not shown in Fig. IA, in which, for example, set a predetermined temperature of about 22O 0 C ⁇ 15K in the fluid through the heater 28 becomes.
  • an electrical control circuit not shown in Fig. IA, in which, for example, set a predetermined temperature of about 22O 0 C ⁇ 15K in the fluid through the heater 28 becomes.
  • the heater 28, the pump 26 and the temperature sensor 30 are in Fig. 1 in a base of the low-pressure lamp 1 at an end portion 4 adjacent to the electrode coil 8 and allow the discharge vessel is constantly flowed around by the fluid, so that a desired temperature at Discharge vessel is present.
  • a heat exchanger can be provided, can be used by the heat from the electrode coils 12, 14 and the power supply wires 16a, 16b in the fluid 24.
  • a coiled running thinner For the heater 28, including the radiant heater, a coiled running thinner
  • Discharge vessel can be used.
  • This heating wire or this resistance layer can be in direct contact with the fluid used, so that a uniform and energy-efficient heating of the fluid
  • a phosphor coating 32 which converts the radiation emitted by the gas discharge from the ionizable filling into visible light.
  • the radiation emitted from the discharge is in the excitation range of the phosphor of the phosphor coating.
  • the discharge vessel 2 and the enveloping body 22 surrounds a vacuum envelope 34, which is delimited by an outer body 36.
  • an infrared reflecting layer is applied, through which the infrared radiation generated in the discharge vessel and passing through the enveloping body 22 is reflected back to the discharge vessel 2.
  • the fluid 24 is subjected to a rapid heating with an increased volume flow generated by the pump 26, so that the heating time to the optimum temperature is low.
  • the electrode coil 12, 14, Before the ignition of the discharge lamp, the electrode coil 12, 14, for example, by preheating, to a temperature of about 850 to 900 0 C preheated.
  • the coldest point of the discharge vessel in accordance with the optimum vapor pressure conditions for the ionizable filling.
  • the sections of the discharge vessel along which the radiation-exciting discharge occurs may be tempered higher by up to 50-75K than the temperature-controlled coldest point.
  • a precise temperature control for the fluid 24 in the enveloping body 22 can be reduced to a temperature control substantially in the region of the cold spot of the discharge vessel.
  • the remaining areas of the wall of the discharge vessel thus have a temperature increased by 25-75K.
  • the optimal cold spot can be actively activated by means of a temperature control of the fluid 24. Temperature of the discharge lamp can be adjusted so that even with significantly reduced discharge power optimal radiation efficiency can be achieved from the discharge.
  • no phosphor coating 32 is provided on the enveloping body 22, but in the fluid circulated in the enveloping body 22 are phosphor particles, for example in the form of a solid powder mixture, which distribute themselves uniformly around the discharge vessel due to the fluid flow and which function have the phosphor coating 32, ie due to the discharge in the discharge vessel discharge are excited to glow in the visible range.
  • the first embodiment described above relates to a low-pressure discharge lamp with electrode coil for ignition and for energy coupling.
  • the present invention is not limited thereto, but any electrical or electromagnetic excitation methods for ignition and energy coupling can be used in any discharge vessel. This will be described below by way of example with reference to the second and third embodiments.
  • FIG. 2 shows an electrodeless low-pressure discharge lamp 100 according to the second exemplary embodiment with a cylinder-like discharge vessel 102 into which an inner recess 104 for an elongated coil 106 is inserted.
  • This coil 106 has a primary winding 108.
  • the primary winding 108 is connected at its ends with a high-frequency supply, so that around the primary winding around a high-frequency magnetic field is generated with which in a toroidal region 110 of the interior 120 of the discharge vessel 102, the discharge is maintained.
  • the type of ionizable filling and the enveloping body 122 with a fluid 124, which flows around the discharge vessel 102 by a pump 126, the temperature sensor 130 as a sensor for temperature control, the phosphor coating 132 on the envelope 122, the vacuum envelope 134 and the outer body 136 with infrared coating 138th correspond to the comparable elements of the first embodiment, so that reference is made with respect to the operation of the first embodiment.
  • the discharge vessel 202 is formed spherical.
  • the ionizable filling is provided in the interior 220 and the discharge vessel 202 is surrounded by a fluid 224 received by an enveloping body 222.
  • a conductor path 206 is screw-shaped, to which a high-frequency voltage can be applied via two power supply wires 216a, 216b, whereby a high-frequency magnetic field in the discharge vessel 202 can be generated.
  • This magnetic field maintains a discharge in the region 210 in the interior 220 of the discharge vessel 202.
  • an extension piece 208 with two fluid supply lines 208a, 208b is provided on the enveloping body 222, which guides cooled fluid away from the outer wall of the discharge vessel and directs heated fluid toward the outer wall of the discharge vessel.
  • the attachment piece 208 allows fluid 224 to flow away from the outer wall of the discharge vessel 202 and to bring it to a predetermined temperature before it again flows to the outer wall of the discharge vessel.
  • the phosphor coating 232 on the enveloping body 222, the vacuum envelope 234, the outer body 236 and the infrared coating 238 are spherical in the third embodiment, but functionally equivalent to those of the first embodiment, so that a detailed description will be omitted.
  • the power input into the discharge is typically 2-50W in the given volume, while the electromagnetic energy input is through an alternating electric field in the range of about 50Hz - 3GHz.
  • the present invention is not limited to the shape of discharge vessel, enveloping body and outer body of the first to third embodiments, but there may be any shapes and dimensions of these discharge vessel / body, provided a mercury-free low-pressure discharge lamp with adjustable surface temperature of the discharge vessel can be implemented.
  • the invention thus relates to a mercury-free low-pressure discharge lamp with a discharge vessel in which an ionizable filling is present.
  • the surface temperature of the discharge vessel and thus the temperature of the ionizable filling can be set at least in sections so that an emitting substance can generate the radiation required for the phosphor excitation.
  • the fluid temperature is preferably controlled by a temperature control loop using a temperature sensor, a pump and a heater.

Landscapes

  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamp (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine quecksilberfreie Niederdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, in dem eine ionisierbare Füllung vorliegt. Die Oberflächentemperatur des Entladungsgefäßes und damit die Temperatur der ionisierbaren Füllung ist zumindest abschnittsweise einstellbar, so dass ein emittierender Stoff die für die Leuchtstoffanregung erforderliche Strahlung erzeugen kann. Die Fluidtemperierung erfolgt bevorzugt über einen Temperaturregelkreis unter Verwendung eines Temperatursensors, einer Pumpe und eine Heizeinrichtung.

Description

Be s ehre ibung
Niederdruckentladungslampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Niederdruckentladungslampe, die mit Elektroden oder elektrodenlos ausgeführt sein kann und deren ionisierbare Füllung eine erhöhte Temperatur die für Emission benötigt.
Stand der Technik
Als Entladungslampen gelangen Quecksilber- und Natrium- Niederdrucklampen häufig zum Einsatz. Die monochromatisch gelb strahlenden Natrium-Niederdrucklampen sind aufgrund der fehlenden Farbwiedergabeeigenschaften nur begrenzt einsetzbar. Ein weites Einsatzgebiet haben Quecksilber-Niederdrucklampen, die auch als Leuchtstofflampen bezeichnet werden, bei denen die im Entladungsraum erzeugte ultraviolette Strahlung mit den Resonanzlinien von 254 nm und 185nm mit Hilfe von auf das Entladungsgefäß aufgebrachten Leuchtstoffen in sichtbare Strahlung umwandelbar ist. Quecksilber wird für Niederdruck-Entladungslampen bevorzugt, da der Lichtstrom bei einer Umgebungstemperatur von ungefähr 250C maximal ist .
Quecksilber wird in den letzten Jahren verstärkt als umweltschädliche und giftige Substanz angesehen, die in der modernen Massenproduktion auch im Hinblick auf eine problemlose Entsorgung von Beleuchtungskörper zu vermeiden ist. Aus der Patentanmeldung DE 197 31, 168 Al des gleichen Erfinders sind quecksilberfreie Hochdrucklampen bekannt, bei denen die lichttechnischen und elektrischen Eigenschaften typischer Metallhalogenid-Hochdrucklampen erhalten werden. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an Hochdrucklampen und Niederdrucklampen sind die quecksilberfreie Füllung und die Ausgestaltung des Entladungsgefäßes nicht auf Niederdrucklampen übertragbar .
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Niederdruckentladungslampe zu schaffen, die quecksilberfrei ausgestaltet ist und die optimale
Bedingungen für die Anregung der ionisierbaren Füllung bietet .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße quecksilberfreie
Niederdruckentladungslampe weist ein Fluid und ein Entladungsgefäß, in dem eine ionisierbare Füllung vorliegt, auf. Die ionisierbare Füllung hat ein Edelgas oder ein Gemisch mehrerer Edelgase mit einem Druck zwischen 0,1 und 100 hPa und einen emittierenden Stoff zum Erzeugen der für die Leuchtstoffanregung erforderlichen Strahlung. Mit dem Fluid ist die Oberflächentemperatur des Entladungsgefäßes zumindest abschnittsweise einstellbar. Trotz eines Verzichts auf Quecksilber, das bei den bei Leuchtstofflampen üblichen Betriebsbedingungen leicht verdampft und in der Niederdruckentladung die für die Leuchtstoffanregung erforderliche UV-Strahlung mit besonders hohem Wirkungsgrad erzeugt, kann bei der erfindungsgemäßen quecksilberfreien Niederdruckentladungslampe eine hohe Lichtausbeute erzielt werden.
Es wird bevorzugt, wenn der emittierende Stoff zumindest ein Metallhalogenid, ein Metall und/oder eine metallorganische Verbindung (z. B Chelat) der Metalle Fe, Co, Ni, Cu, Al, Ga, In, Ti, Ge, Sn, Se, Te, Cr aufweist. Dadurch lässt sich eine quecksilberfreie Niederdruckentladungslampe mit hohem Wirkungsgrad umsetzen .
Von Vorteil ist, wenn mit dem Fluid die Oberflächentemperatur an der kältesten Stelle des Entladungsgefäßes einstellbar ist und wenn das Fluid hochtemperaturfest ist. Somit lassen sich hohe Oberflächentemperaturen am Entladungsgefäß im Hinblick auf optimale Dampfdruck-Bedingungen für die gewünschte Molekülmischung der ionisierbaren Füllung einstellen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine Temperatureinstelleinrichtung vorgesehen, über die die Temperatur des Fluids im Bereich von 150 bis 350 0C auf ±25k genau einstellbar ist. Damit lassen sich über einen längeren Zeitraum optimale Lichtausbeuten umsetzen.
Das Fluid ist bevorzugte transparent oder transluzent ist und weist vorzugsweise ein Silikonöl auf, wodurch eine genaue Temperierung ohne starke Verringerung der Lichtausbeute umsetzbar ist.
Das Fluid kann sich in einem das Entladungsgefäß zumindest abschnittweise umgebenden Hüllkörper befinden, so dass der Energieverlust bei der Erwärmung des Entladungsgefäßes minimiert werden kann.
Bevorzugt wird eine LeuchtstoffSchicht vorgesehen, die zumindest abschnittweise auf den Innenumfang des Entladungsgefäßes aufgebracht ist. Somit erfolgt wie bei einer herkömmlichen Leuchtstofflampe, die Umwandlung von emittierter Strahlung in sichtbare Strahlung am Entladungsgefäß .
In einer weiteren Ausführungsform weist das Fluid eine Leuchtstoffbeimischung auf, durch die im Entladungsgefäß entstandene Strahlung in sichtbare Strahlung umwandelbar ist. Damit hat das Fluid eine Doppelfunktion: sowohl
Temperierung des Entladungsgefäßes als auch Erzeugung der sichtbaren Strahlung. Im Ergebnis entfällt der Schritt des Aufbringens der LeuchtstoffSchicht .
Der Hüllkörper kann zumindest abschnittsweise von einer Vakuumummantelung umgeben sein, die die Wärmeabstrahlung von der Entladungslampe minimiert.
Das Entladungsgefäß ist vorzugsweise Stab-, ring- oder U- förmig ausgebildet, so dass vergleichbare Einsatzgebiete wie bei herkömmlichen Leuchtstofflampen möglich sind.
In einer noch weiteren Ausführungsform ist die Entladungslampe elektrodenlos ausgeführt, wobei das Entladungsgefäß in einer solchen Weise ausgestaltet ist, dass sich ein toroidales Gasentladungsvolumen ergibt und die Entladung über induktive Einkopplung ausgelöst wird. Ferner wird bevorzugt, wenn die Entladungslampe elektrodenlos ausgeführt ist, das Entladungsgefäß im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist und die Entladung über induktive Einkopplung ausgelöst wird. Auf diese Weise lassen sich zylinderförmige oder kugelförmige Entladungsgefäße ohne zusätzlich eingebrachte Elektroden, d.h. mit homogener Innenfläche, umsetzen.
Erfindungsgemäße Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Nachstehend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. IA eine quecksilberfreie Niederdruckentladungslampe entsprechend dem ersten
Ausführungsbeispiel und die Fig. IB einen
Querschnitt durch die Niederdruckentladungslampe von Fig. IA an der Linie A-A,
Fig. 2 eine quecksilberfreie Niederdruckentladungslampe entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel und
Fig. 3 eine quecksilberfreie Niederdruckentladungslampe entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Lampe wird nun unter Bezugnahme auf das in Fig. IA gezeigte, erste Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die erfindungsgemäße Lampe entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine quecksilberfreie Niederdruckentladungslampe 1. Die Lampe 1 weist ein rohrförmiges Entladungsgefäß 2 auf, dessen beide Endabschnitte 4, 6 gasdicht verschlossen sind. Mit den Enden 4, 6 des Entladungsgefäßes 2 ist jeweils ein Elektrodengestell 8, 10 verschmolzen. Die Elektrodengestelle 8, 10 weisen jeweils eine Elektrodenwendel 12, 14 und zwei mit den Enden der Elektrodenwendel 12, 14 elektrisch verbundene Stromzuführungsdrähte 16a, 16b, 18a, 18b auf. Die Elektrodenwendel 12, 14 sind im Innenraum 20 des Entladungsgefäßes 2 und quer zur Längsachse des Entladungsgefäßes 2 angeordnet.
Im Innenraum 20 des Entladungsgefäßes 2 liegen quecksilberfreie, emittierende Stoffe als ionisierbare Füllung in Form von Edelgas-Molekülgas-Mischungen vor. Diese Mischung weist ein Grundgas in Form eines Edelgases oder einer Edelgasmischung, beispielsweise aus zumindest einem der Edelgase Ar, Ne, He, Xe, Kr, in einem Druckbereich typischerweise von 0,1 bis 100 hPa auf. Für die Ionisierung und Anregung liegt im Füllgas zumindest ein Metallhalogenid und/oder eines der Metalle Fe, Co, Ni, Cu Al, Ga, In, TI, Ge, Sn, Se, Te, Cr vor. Es wird bevorzugt, wenn das Metall in Form metallorganischer Chelatverbindungen vorliegt.
Das Entladungsgefäß 2 des ersten Ausführungsbeispiels ist beispielsweise mit einem Durchmesser von 25mm und einer Länge von 200 mm ausgebildet. Die ionisierbare Füllung im Innenraum weist in diesem Beispiel Ar mit einem Druck von 2.5 hPa und eine Mischung aus InBr und InCl und metallischem In mit jeweils 0.2mg auf.
Zur Ausbildung des Dampfdruckes der ionisierbaren Füllung wird eine erhöhte Wandtemperatur im Bereich von ungefähr 150 bis ungefähr 4000C, vorzugsweise bis 35O0C, benötigt. Durch die Erfinder wurde herausgefunden, dass die optimale Anregung der ionisierbaren Füllung unter bestimmten Druckbedingungen bezogen auf die genutzten Dimensionen des Entladungsgefäßes, im ersten Ausführungsbeispiel insbesondere in Bezug auf den Rohrdurchmesser, bei gleichzeitig relativ genauer Einstellung einer homogenen Temperaturverteilung entlang der Wandung des Entladungsgefäßes erfolgt. Von besonderem Interesse ist dabei die Temperatur am kältesten Punkt des Entladungsgefäßes, am so genannten Cold-spot. Nach Erkenntnis der Erfinder ist eine Fluidtemperierung der Außenwandung des Entladungsgefäßes besonders günstig.
Zur Vornahme einer derartigen Fluidtemperierung ist das Entladungsgefäß 2 über seine gesamte Längsachse von einem dünnwandigen Hüllkörper 22 umgeben, in dem sich ein temperierbares, im sichtbaren und nahe dem UV-Bereich transparentes, hochtemperaturfestes Fluid 24 befindet. Dieses Fluid 24 umgibt die Entladungskammer 2 einschließlich dem Cold-spot und ist beispielsweise Silikonöl, insbesondere Methylphenylpolysiloxane .
Die Fluidschicht um das Gefäß hat eine Schichtdicke ungefähr von 0,1 bis 3mm und wird durch eine Pumpe 26 über eine Heizeinrichtung 28 umgepumpt. Die Pumpe 26 ist beispielsweise eine Membranpumpe oder eine Flügelzellenpumpe. Im Wärmekreislauf befindet sich nahe dem Fluidaustritt aus dem Hüllkörper 22 ferner ein Temperaturfühler 30, dessen Ausgangssignal zu einem in Fig. IA nicht dargestellten elektrischen Regelkreis gelangt, in dem beispielsweise eine vorgegebene Temperatur von ungefähr 22O0C ± 15K im Fluid über die Heizeinrichtung 28 eingestellt wird. Durch eine derartige Regelung kann die Außenwandung des Entladungsgefäßes 2 in einem engen Temperaturbereich von ungefähr ± 25K temperiert werden.
Die Heizeinrichtung 28, die Pumpe 26 und der Temperaturfühler 30 befinden sich in Fig. 1 im einem Sockel der Niederdrucklampe 1 an einem Endabschnitt 4 benachbart zu der Elektrodenwendel 8 und ermöglichen, dass das Entladungsgefäß durch das Fluid ständig umströmt wird, damit eine gewünschte Temperatur am Entladungsgefäß vorliegt. Zusätzlich kann im Sockel der Niederdrucklampe 1 ein Wärmetauscher vorgesehen sein, durch den Wärme von den Elektrodenwendeln 12, 14 bzw. den Stromzuführungsdrähten 16a, 16b im Fluid 24 nutzbar ist.
Für die Heizeinrichtung 28, unter anderem auch zur Strahlungsheizung, kann ein gewendelt ausgeführter dünner
Heizdraht oder eine auf das Entladungsgefäß aufgebrachte
Widerstandsschicht entlang der gesamten Ausdehnung des
Entladungsgefäßes genutzt werden. Dieser Heizdraht bzw. diese Widerstandsschicht kann sich mit dem verwendeten Fluid in direktem Kontakt befinde, so dass eine gleichmäßige und energieeffiziente Erwärmung des Fluids
24 erhalten werden kann.
Auf der Innenfläche des Hüllkörpers 22 befindet sich eine Leuchtstoffbeschichtung 32, die die auf Grund der Gasentladung emittierte Strahlung aus der ionisierbaren Füllung in sichtbares Licht umwandelt. Dabei liegt die aus der Entladung emittierte Strahlung im Anregungsbereich des Leuchtstoffs der Leuchtstoffbeschichtung. Das Entladungsgefäß 2 und den Hüllkörper 22 umgibt eine Vakuummantelung 34, die durch einen Außenkörper 36 begrenzt wird. Auf die Innenwand des Außenkörpers 36 ist eine Infrarot-Reflektionsschicht aufgebracht, durch die die im Entladungsgefäß erzeugte und durch den Hüllkörper 22 hindurchtretende Infrarotstrahlung wieder zum Entladungsgefäß 2 reflektiert wird.
Zum Anlauf der Entladungslampe wird das Fluid 24 einer Schnellheizung mit einem erhöhten, durch die Pumpe 26 erzeugt Volumenstrom unterzogen, so dass die Aufheizzeit auf die Optimaltemperatur gering ist.
Vor der Zündung der Entladungslampe werden die Elektrodenwendel 12, 14, beispielsweise durch Stromvorheizung, auf eine Temperatur ungefähr von 850 bis 9000C vorgeheizt.
Während des Betriebes der Entladungslampe ist es wünschenswert, den kältesten Punkt des Entladungsgefäßes gemäß den optimalen Dampfdruck-Bedingungen für die ionisierbare Füllung einzustellen. Dabei können die Abschnitte des Entladungsgefäßes, entlang welchen die strahlungsanregende Entladung auftritt, um bis zu 50-75K höher temperiert sein als der temperaturgeregelte kälteste Punkt. Im Ergebnis kann eine genaue Temperaturregelung für das Fluid 24 im Hüllkörper 22 auf eine Temperaturregelung im Wesentlichen im Bereich des Cold-spots des Entladungsgefäßes reduziert werden. Die übrigen Bereiche der Wandung des Entladungsgefäßes weisen somit eine um 25-75K erhöhte Temperatur auf.
Bei einem Dimm-Vorgang der Entladungslampe kann über eine Temperierung des Fluids 24 aktiv die optimale Cold-spot- Temperatur der Entladungslampe eingestellt werden, so dass auch bei deutlich verringerter Entladungsleistung eine optimale Strahlungsausbeute aus der Entladung erzielt werden kann.
Bei einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels ist keine Leuchtstoffbeschichtung 32 am Hüllkörper 22 vorgesehen, sondern in dem im Hüllkörper 22 umgeführten Fluid sind Leuchtstoffteilchen, beispielsweise in Form einer Festkörper-Pulvermischung, vorgesehen, die sich aufgrund der Fluidströmung um das Entladungsgefäß gleichmäßig verteilen und die die Funktion der Leuchtstoffbeschichtung 32 haben, d.h. aufgrund der im Entladungsgefäß erfolgten Entladung zum Leuchten im sichtbaren Bereich angeregt werden.
Das vorstehend beschriebene erste Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Niederdruckentladungslampe mit Elektrodenwendel zur Zündung und zur Energieeinkopplung. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern es können beliebige elektrische oder elektromagnetische Anregungsmethoden zur Zündung und Energieeinkopplung in ein beliebiges Entladungsgefäß zum Einsatz gelangen. Dieses wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf das zweite und dritte Ausführungsbeispiel beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine elektrodenlose Niederdruckentladungslampe 100 entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem zylinderartig ausgebildeten Entladungsgefäß 102, in das eine Innenausnehmung 104 für eine längliche Spule 106 eingebracht ist. Diese Spule 106 weist eine Primärwicklung 108 auf. Die Primärwicklung 108 ist an ihren Enden mit einer hochfrequenten Versorgung verbunden, so dass um die Primärwicklung herum ein hochfrequentes Magnetfeld erzeugt wird, mit dem in einem toroidalen Bereich 110 des Innenraums 120 des Entladungsgefäßes 102 die Entladung aufrechterhalten wird.
Die Art der ionisierbaren Füllung und der Hüllkörper 122 mit einem Fluid 124, das durch eine Pumpe 126 das Entladungsgefäß 102 umströmt, der Temperaturfühler 130 als Sensor für die Temperaturregelung, die Leuchtstoffbeschichtung 132 am Hüllkörper 122, die Vakuumummantelung 134 und der Außenkörper 136 mit Infrarotbeschichtung 138 entsprechen den vergleichbaren Elementen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass in Bezug auf die Funktionsweise auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen wird.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Niederdruckentladungslampe 200 entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel ist das Entladungsgefäß 202 kugelförmig ausgebildet. Die ionisierbare Füllung ist im Innenraum 220 vorgesehen und das Entladungsgefäß 202 ist von einem durch einen Hüllkörper 222 aufgenommen Fluid 224 umgeben.
Auf den Hüllkörper 222 ist eine Leiterbahn 206 schneckenförmig aufgebracht, an die über zwei Stromzuführungsdrähte 216a, 216b eine hochfrequente Spannung anlegbar ist, wodurch ein hochfrequentes Magnetfeld im Entladungsgefäß 202 erzeugbar ist. Dieses Magnetfeld hält im Bereich 210 im Innenraum 220 des Entladungsgefäßes 202 eine Entladung aufrecht. Benachbart zur Leiterbahn 206 ist am Hüllkörper 222 ein Ansatzstück 208 mit zwei Fluidzuleitungen 208a, 208b vorgesehen, die erkaltetes Fluid von der Außenwand des Entladungsgefäßes weg und erwärmtes Fluid zur Außenwand des Entladungsgefäßes hin leiten. Zwischen den Fluidzuleitungen 208a, 208b befindet sich ein Temperatureinstellabschnitt 204, in dem die Pumpe 226, die Heizeinrichtung 228 und der Temperaturfühler 230 vorgesehen sind. Durch das Ansatzstück 208 wird ermöglicht, dass Fluid 224 von der Außenwand des Entladungsgefäßes 202 wegströmt und auf eine vorbestimmte Temperatur gebracht wird, bevor dieses wieder zur Außenwand des Entladungsgefäßes strömt. Die Leuchtstoffbeschichtung 232 am Hüllkörper 222, die Vakuumummantelung 234, der Außenkörper 236 und die Infrarotbeschichtung 238 sind beim dritten Ausführungsbeispiel kugelförmig ausgebildet, entsprechen aber in der Funktion den vergleichbaren Elementen des ersten Ausführungsbeispiels, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Die Leistungseinkopplung in die Entladung beträgt typischerweise 2-50W in das gegebene Volumen, während die elektromagnetische Energieeinkopplung durch ein elektrisches Wechselfeld im Bereich von ca. 50Hz- 3 GHz erfolgt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Form von Entladungsgefäß, Hüllkörper und Außenkörper des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels beschränkt, sondern es können beliebige Formen und Abmessungen dieser Entladungsgefäße/Körper vorliegen, sofern eine quecksilberfreie Niederdruckentladungslampe mit einstellbarer Oberflächentemperatur des Entladungsgefäßes umsetzbar ist.
Die Erfindung betrifft somit eine quecksilberfreie Niederdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, in dem eine ionisierbare Füllung vorliegt. Die Oberflächentemperatur des Entladungsgefäßes und damit die Temperatur der ionisierbaren Füllung ist zumindest abschnittsweise einstellbar, so dass ein emittierender Stoff die für die Leuchtstoffanregung erforderliche Strahlung erzeugen kann. Die Fluidtemperierung erfolgt bevorzugt über einen Temperaturregelkreis unter Verwendung eines Temperatursensors, einer Pumpe und eine Heizeinrichtung .

Claims

Ansprüche
1. Quecksilberfreie Niederdruckentladungslampe (1, 100, 200) mit einem Entladungsgefäß (2), in dem eine ionisierbare Füllung vorliegt, die aufweist a) ein Edelgas oder ein Gemisch mehrerer Edelgase mit einem Druck zwischen 0,1 und 100 hPa und b) einen emittierenden Stoff zum Erzeugen der für die Leuchtstoffanregung erforderlichen Strahlung, und mit einem Fluid (24), mit dem die Oberflächentemperatur des Entladungsgefäßes (2) zumindest abschnittsweise einstellbar ist.
2. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1, wobei der emittierende Stoff zumindest ein Metallhalogenid, ein Metall und/oder eine metallorganische Verbindung der Metalle Fe, Co, Ni, Cu, Al, Ga, In, Ti, Ge, Sn, Se, Te, Cr aufweist.
3. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei mit dem Fluid die Oberflächentemperatur an der kältesten Stelle des Entladungsgefäßes (2) einstellbar ist und wobei das Fluid hochtemperaturfest ist.
4. Niederdruckentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Temperatureinstelleinrichtung, über die die Temperatur des Fluids im Bereich von 150 bis 350 0C auf ±25k genau einstellbar ist.
5. Niederdruckentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluid (24) transparent oder transluzent ist und vorzugsweise ein Silikonöl aufweist.
6. Niederdruckentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich das Fluid (24) in einem das Entladungsgefäß (2) zumindest abschnittweise umgebenden Hüllkörper (22) befindet.
7. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 6, wobei eine LeuchtstoffSchicht vorgesehen ist, die zumindest abschnittweise auf den Innenumfang des Entladungsgefäßes (2) oder des Hüllkörpers (22) aufgebracht ist.
8. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 6, wobei das Fluid (24) eine Leuchtstoffbeimischung aufweist, durch die im Entladungsgefäß entstandene Strahlung in sichtbare Strahlung umwandelbar ist.
9. Niederdruckentladungslampe nach Anspruch 7 oder 8, mit einer Vakuumummantelung (34), die den Hüllkörper (22) zumindest abschnittsweise umgibt.
10. Niederdruckentladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entladungsgefäß
(2) stab-, ring- oder U-förmig ausgebildet ist.
11. Niederdruckentladungslampe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die elektrodenlos ausgeführt ist, wobei das Entladungsgefäß (102) in einer solchen Weise ausgestaltet ist, dass sich ein toroidales Gasentladungsvolumen ergibt und die Entladung über induktive Einkopplung ausgelöst wird.
12. Niederdruckentladungslampe (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die elektrodenlos ausgeführt ist, wobei das Entladungsgefäß (202) im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist und die Entladung über induktive Einkopplung ausgelöst wird.
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