DE19916877A1

DE19916877A1 - Entladungslampe mit Sockel

Info

Publication number: DE19916877A1
Application number: DE19916877A
Authority: DE
Inventors: Claus Allgeier; Hans-Juergen Keck; Ulrich Genger; Reinhold Wittkoetter
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-10-19
Also published as: EP1088335B1; JP2002541643A; US6686681B1; KR20010052830A; TW451252B; HUP0103722A3; WO2000062330A1; CA2334879C; HUP0103722A2; KR100451453B1; JP4619547B2; EP1088335A1; CA2334879A1

Abstract

Eine Entladungslampe (1) mit Sockel (2), geeignet für den Betrieb mittels dielektrisch behinderter Entladung, weist zwischen dem Sockel (2) und der Außenwandung des Entladungsgefäßes (3) einen Abstand auf. Dadurch wird die Gesamteffizienz der UV-Strahlungserzeugung verbessert.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Entladungslampe mit einem Sockel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Begriff "Entladungslampe" umfaßt dabei Quellen elektromagnetischer Strahlung auf der Basis von Gasentladungen. Das Spektrum der Strahlung kann dabei sowohl den sichtbaren Bereich als auch den UV(Ultraviolett)/VUV(Vakuumultraviolett)-Bereich sowie den IR(Infrarot)- Bereich umfassen. Ferner kann auch eine Leuchtstoffschicht zur Konvertie rung unsichtbarer in sichtbare Strahlung (Licht) vorgesehen sein.

Es handelt sich dabei um eine Entladungslampe mit mindestens einer soge nannten dielektrisch behinderten Elektrode. Eine dielektrisch behinderte Elektrode ist gegenüber dem Innern des Entladungsgefäßes mittels eines Die- lektrikums getrennt. Dieses Dielektrikum kann beispielsweise als eine die Elektrode bedeckende dielektrische Schicht ausgeführt sein, oder sie ist durch das Entladungsgefäß der Lampe selbst gebildet, nämlich wenn die Elektrode auf der Außenwandung des Entladungsgefäß angeordnet ist.

Stand der Technik

Aus der Schrift WO-A-98/11596, insbesondere Fig. 5a bis 5c, ist bereits eine derartige Lampe mit Edison-Schraulbsockel bekannt. Diese Lampe weist eine wendelförmige Elektrode innerhalb des Entladungsgefäßes auf. Außer dem sind vier streifenförmige Elektroden auf der Außenwandung des Entla dungsgefäßes angeordnet. Nachteilig bei dieser Lampe ist, daß Zündschwie rigkeit auftreten können und die Strahlungsausbeute überraschend gering sein kann.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt der Erkenntnis werden mit dieser Problema tik folgende Zusammenhänge in Verbindung gebracht, ohne daß damit eine Festlegung auf irgendeine theoretische Deutung beabsichtigt wäre. Vermut lich kommt es in dem Sockel zu Verschiebungs- und Kriechströmen. Da durch wird die Entladung beeinträchtigt und die Strahlungsausbeute sinkt.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Schwierigkei ten zu vermeiden und eine Entladungslampe mit Sockel gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1 mit einer verbesserten Strahlungsausbeute bereitzu stellen.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängi gen Ansprüchen.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein System mit dieser Entladungs lampe mit Sockel und einer Schaltungsanordnung, die für eine gepulste Wirkleistungseinkopplung in die Entladungslampe ausgelegt ist.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, zwischen dem Sockel und der Außenwandung des Entladungsgefäßes einen Abstand vorzusehen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die einleitend geschilderten Probleme gänzlich vermieden werden, sobald der Abstand nur ausreichend groß ist. Darüber hinaus sind die Stromzuführungen der Außenelektroden derart angeordnet, daß ihr Abstand zu der Innenelektrode bzw. der Stromzuführung der In nenelektrode den Abstand zwischen jeder Außen- und Innenelektrode nicht unterschreitet. Zu diesem Zweck sind Mittel vorgesehen, die verhindern, daß die Stromzuführungen der Außenelektroden die Außenwandung des Entla dungsgefäßes an den Stellen berühren, an denen der Außendurchmesser des Entladungsgefäßes geringer ist als an der Stelle, wo die Stromzuführungen mit den Außenelektroden kontaktiert sind. Dies betrifft in erster Linie den Lampenfuß, an dessen Beginn sich das Entladungsgefäß üblicherweise ver jüngt. Deshalb ist hier als Mittel beispielsweise ein konzentrisch zur Lam penlängsachse angeordneter metallischer Ring vorgesehen, an dem die Stromzuführungen aller Außenelektroden kontaktiert sind und dessen Durchmesser mindestens dem doppelten Abstand zwischen Innenelektrode und einer Kontaktstelle einer Stromzuführung mit einer Außenelektrode be trägt. Der Sockel ist ein Stück über das Entladungsgefäß hochgezogen derart, daß die Stromzuführungen der Außenelektroden und der Metallring durch den Sockel gegen unbeabsichtigtes Berühren geschützt sind.

Der Sockel ist mit Hilfe eines Befestigungsmittels an dem Lampenfuß der Lampe befestigt. Auf diese Weise ist es möglich, den erforderlichen Abstand zur Außenwandung des Entladungsgefäßes zu realisieren. Näheres hierzu ist in einem Ausführungsbeispiel zu finden.

Als Befestigungsmittel eignet sich beispielsweise eine Vergußmasse. Zu die sem Zweck weist der Sockel eine Sockelhülse auf. Zumindest ein Teilbereich des Raumes zwischen der Sockelhülse und dem Lampenfuß ist mit Hilfe der Vergußmasse ausgegossen. Auf diese Weise ist der Sockel an dem Lampen fuß befestigt. Ausschlaggebend dabei ist, daß sowohl die Sockelhülse als auch die Vergußmasse einen ausreichenden Abstand zu dem von der Wan dung des Entladungsgefäßes eingeschlossenen Gasraum aufweisen, insbe sondere zu dem Teil des Entladungsgefäßes, in dem während des Betriebes der Lampe die dielektrisch behinderte Entladung stattfindet.

Dies läßt sich einerseits dadurch realisieren, in dem die Vergußmasse nur einen Teilbereich des Lampenfußes bedeckt, beispielsweise an dem vom Entladungsgefäß entfernten Ende des Lampenfußes. Bei der Auswahl der Größe des Teilbereichs ist natürlich darauf zu achten, daß Lampe und Sockel noch ausreichend zuverlässig miteinander verbunden sind.

Außerdem beträgt der typische Mindestabstand zwischen der Außenwan dung des Entladungsgefäßes und der Innenwandung der Sockelhülse grö ßenordnungsmäßig ein bis mehrere Millimeter. Dies hat sich in der Praxis bewährt, um bei den üblichen Toleranzen der Durchmesser des Entladungs gefäßes und der Sockelhülse sowie der Zentrierung des Entladungsgefäßes in der Sockelhülse überall einen ausreichenden Abstand und damit eine ho he Strahlungsausbeute der Lampe zu gewährleisten.

Innerhalb des Entladungsgefäßes befindet sich eine ionisierbare Füllung, die vorzugsweise mindestens ein Edelgas, z. B. Xenon oder Krypton, und alter nativ zusätzlich Halogene oder Fluoride zur Bildung von Excimeren enthält. Damit erzeugt die dielektrisch behinderte Entladung intensive UV/VUV- Strahlung während des Lampenbetriebs.

Sofern die Lampe als UV/VUV-Strahler eingesetzt wird, d. h. keine Leucht stoffschicht zur Konvertierung der kurzwelligen Strahlung aufweist, sind sowohl für die Vergußmasse als auch für die Sockelhülse möglichst UV/VUV-resistente Materialien zu wählen. Für die Sockelhülse eignen sich insbesondere Glas, Keramik, bestimmte teflonartige Kunststoffe, z. B. PVDF (Polyvinylidenfloride) oder allgemein UV-resistente PTFE(Polytetrafluorätylen = Teflon)-verwandte Kunststoffe sowie Metalle.

Als geeignete Materialien für die Vergußmasse haben sich Keramikkitt, Epoxidharz oder Sauereisen-Zement herausgestellt.

Eine besonders hohe Strahlungsausbeute läßt sich mit der erfindungsgemä ßen Lampe mit Sockel erreichen, wenn sie gemäß dem in der WO-A-94/23442 beschriebenen Verfahren zur gepulsten Wirkleistungseinkopplung betrieben wird.

Dazu wird die Lampe mit Sockel mit einer Schaltungsanordnung, die für eine Folge von gepulsten Wirkleistungseinkopplungen in die Entladungs lampe ausgelegt ist, zu einem System komplettiert. Die einzelnen Wirklei stungseinkopplungen sind durch Pausenzeiten voneinander getrennt. Puls breiten und Pausenzeiten werden gemäß der in der WO-A-94/23442 offen barten Lehre so aufeinander abgestimmt, daß die Strahlungsausbeute opti mal ist.

Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigt:

Figur eine Entladungslampe mit flanschartigem Sockel.

In der Figur ist eine Entladungslampe 1 (Vorderansicht) mit flanschartigem Sockel 2 (Schnitt) schematisch dargestellt. Dabei handelt es sich um einen UV/VUV-Strahler, für die UV-Bestrahlung, z. B. Oberflächenreinigung, Photolytik, Ozonerzeugung, Metallisierung, UV-Curing und andere.

Die Entladungslampe 1 weist ein kreiszylindrisches Entladungsgefäß 3 aus 0,7 mm bis 1,5 mm dickem Quarzglas auf. Das Entladungsgefäß 3 weist ei nen Außendurchmesser von ca. 40 mm auf. Das Innere des Ent ladungsgefäßes 3 ist mit Xenon bei einem Druck von 15 kPa gefüllt.

Innerhalb des Entladungsgefäßes 3 ist eine längliche gewendelte Innenelek trode 4 aus Metalldraht zentrisch angeordnet. Die jeweiligen Durchmesser des Metalldrahtes und der Wendel betragen 1 mm bzw. 8 mm. Die Ganghö he h - d. h. die Strecke, innerhalb der die Wendel eine vollständige Umdre hung ausführt - beträgt 12 mm. Auf der Außenwandung des Entladungs gefäßes 3 sind sechs Außenelektroden 5a-5f (die Außenelektroden 5d-5f sind in der Figur nicht zu sehen) in Form von 12 cm langen Platinstreifen äquidi stant und parallel zur Wendellängsachse angebracht.

Details zu der Funktionsweise der Elektroden während des Lampenbetriebs sind in der bereits zitierten WO-A-98/11596, insbesondere in der Beschrei bung zu den Fig. 5a bis 5c, beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hier durch Inbezugnahme eingeschlossen wird.

An einem ersten Ende ist das Entladungsgefäß 3 kuppelartig verschlossen und weist in der Mitte der Kuppel eine Pumpspitze 6 auf, in der ein erstes Ende der Wendelelektrode 4 fixiert ist. Im Bereich des der Pumpspitze 6 ent gegengesetzen Lampenfußes verjüngt sich das Entladungsgefäß 3 und geht in eine Quetschdichtung 7 über. Die Quetschdichtung 7 gewährleistet mit Hilfe einer Dichtungsfolie 8 aus Molybdän eine gasdichte Verbindung der Wendelelektrode 4 mit einer äußeren Stromzuführung 9. Am dichtungsna hen sich verjüngenden Ende des Entladungsgefäßes 3 sind die Außenelektro den 5a-5f mit je einer Stromzuführung 10a-10f (die Stromzuführungen 10d-10f sind in der Figur nicht zu sehen) verbunden, die ihrerseits wiederum mit Hilfe eines Drahtrings 11 miteinander verbunden sind. Der Drahtring 11 schließlich ist mit einer nach Außen führenden Stromzuführung 12 verbun den. Diese äußere Stromzuführung 12 dient folglich als gemeinsame Strom zuführung für alle Außenelektroden 5a-5f. Der Durchmesser des Drahtrin ges 11 entspricht ungefähr dem Durchmesser des Entladungsgefäßes 3.

Der Sockel 2 (in Schnittdarstellung) besteht aus einer rotationssymmetri schen Sockelhülse 13 und einer Vergußmasse 14 aus Keramikkitt. Die Sockelhülse 13 weist einen rohrförmigen Teil 15 auf, der an seinem lampenfer nen Ende in einen flanschartigen Teil 16 übergeht. Die Vergußmasse 14 füllt entlang eines Teils der Gesamtlänge der Quetschdichtung 7 den Raum zwi schen diesem Teil der Quetschdichtung 7 und der Sockelhülse 13 aus. Auf diese Weise ist die Sockelhülse 13 mittels der Vergußmasse 14 am Fuß bzw. an der Quetschdichtung 7 der Lampe 1 fixiert. Die Sockelhülse 13 umhüllt auch einen quetschdichtungsnahen Teilbereich des Entladungsgefäßes 3, in den hinein sich noch die Wendelelektrode 4 und die Außenelektroden 5a-5f erstrecken.

Die Funktion der hochgezogenen Sockelhülse ist primär der Schutz der Stromzuführungen bzw. der Kontaktierungen zwischen Stromzuführungen und Außenelektroden. Dies ist erforderlich, da die Stromzuführungen der Außenelektroden auf keinen Fall an dem sich verjüngenden Teil des Entla dungsgefäßes anliegen dürfen und daher wie eine Art Krone konzentrisch um den Lampenfuß herum angeordnet sind. Durch die hochgezogene Sockelhülse wird nun verhindert, daß die Stromzuführungen der Außenelek troden durch versehentliches Berühren unerwünscht Nahe an den Lampen fuß kommen oder gar mit ihm in Berührung kommt. Andernfalls bilden sich nämlich zwischen einer solchen Berührungsstelle und der Innenelektrode helle kontrahierte Entladungskanäle mit hohen Stromdichten auf, die zu ei ner Verminderung der Gesamteffizienz der UV-Strahlung des Strahlers führt.

Die geometrischen Dimensionen des Entladungsgefäßes 3 und der Sockel hülse 13 sind so aufeinander abgestimmt, daß zwischen der Außenwandung des Entladungsgefäßes 3 und der dazu gegenüberliegenden Innenwandung der Sockelhülse 13 ein ringförmiger Spalt 17 mit einer Breite von ca. 3 mm ist. Dazu weist die Innenwandung der Sockelhülse 13 im Bereich des Entla dungsgefäßes auf einer Länge L von ca. 11 mm eine Zylindersenkung auf, mit einem Innendurchmesser von 44 mm. Der Innendurchmesser der restli chen Sockelhülse 13 im Bereich der Verjüngung des Lampenfußes beträgt hingegen nur 42 mm.

In einer Variante (nicht dargestellt) für Beleuchtungszwecke weist die Entla dungslampe eine Leuchtstoffschicht auf, welche die UV/VUV-Strahlung in Licht (sichtbare elektromagnetische Strahlung) konvertiert.

In einer weiteren Variante (nicht dargestellt) sind die aus dem Sockel her ausgeführten Stromzuführungen mit den Anschlußklemmen eines Vor schaltgerätes verbunden, welches die für den Betrieb der Lampe erforderli chen Spannungspulse liefert. Eine hierfür geeignete Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der EP-A-0 781 078 zu finden, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Inbezugnahme eingeschlossen wird.

Claims

1. Entladungslampe (1) mit Sockel (2), wobei die Entladungslampe (1) fol gendes aufweist:

- ein Entladungsgefäß (3), dessen Wand eine ionisierbare Füllung um schließt,
- Elektroden (4; 5a-5f), wobei mindestens eine (4) der Elektroden in nerhalb (Innenelektrode) und mindestens eine (5a-5f) der Elektroden auf der Außenwandung des Entladungsgefäßes (3) (Außenelektrode) angeordnet sind,
- mindestens eine äußere Stromzuführung (9),
- ein Lampenfuß (7), durch den hindurch die mindestens eine Innen elektrode (4) mit der mindestens einen äußeren Stromzuführung (9) gasdicht verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Lampe (1) ein Befestigungsmittel (14) aufweist, mit dem der Sockel (2) am Lampenfuß (7) befestigt ist und
- daß zwischen dem Sockel (2) und der Außenwandung des Entla dungsgefäßes (3) ein Abstand vorgesehen ist.

2. Entladungslampe mit Sockel nach Anspruch 1, wobei der Abstand mindestens 1 mm beträgt.

3. Entladungslampe mit Sockel nach Anspruch 1, wobei das Befesti gungsmittel eine Vergußmasse (14) ist.

4. Entladungslampe mit Sockel nach Anspruch 3, wobei die Verguß masse (14) nur einen Teilbereich des Lampenfußes (7) bedeckt.

5. Entladungslampe mit Sockel nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Ver gußmasse (14) aus einem der folgenden Materialien besteht: Keramik kitt, Epoxidharz oder Sauereisenzement.

6. Entladungslampe mit Sockel nach einem der vorstehenden Ansprü chen, wobei der Lampenfuß als Quetschdichtung (7) ausgeführt ist.

7. Entladungslampe mit Sockel nach einem der vorstehenden Ansprü chen, wobei die ionisierbare Füllung ein Edelgas, z. B. Xenon, und/oder Halogene oder Fluoride für die Erzeugung von Excimeren enthält.

8. Entladungslampe mit Sockel nach einem der vorstehenden Ansprü chen, wobei die Stromzuführungen (10a-10f) der Außenelektroden (5a-5f) mit einem konzentrisch zur Längsachse der Entladungslampe ange ordneten Metallring (11) verbunden sind.

9. Entladungslampe mit Sockel nach Anspruch 8, wobei der Durchmesser des Metallrings (11) mindestens dem doppelten Abstand zwischen ei ner Außenelektrode (5a-5f) und der mindestens einen Innenelektro de (4) beträgt.

10. Entladungslampe mit Sockel nach einem der vorstehenden Ansprü chen, wobei der Sockel (2) an seinem lampenfernen Ende in einen Flansch (16) übergeht.

11. Entladungslampe mit Sockel nach einem der vorstehenden Ansprü chen, wobei die Lampe eine Leuchtstoffschicht aufweist.

12. System mit einer Entladungslampe mit Sockel gemäß einer der Ansprü che 1 bis 11 und einer Schaltungsanordnung zum Betreiben der Lampe.

13. System nach Anspruch 12, wobei die Schaltungsanordnung für eine Folge von gepulsten Wirkleistungseinkopplungen in die Entladungs lampe ausgelegt ist und wobei die einzelnen Wirkleistungseinkopplun gen durch Pausenzeiten voneinander getrennt sind.