DE102005026695A1

DE102005026695A1 - Leuchtvorrichtung mit einem Außenkolben, insbesondere Hochdruck-Entladungslampe

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Publication number: DE102005026695A1
Application number: DE102005026695A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Peuchert; Peter Dr. Brix; Thilo Dr. Zachau; Joerg Dr. Fechner; Franz Dr. Ott
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2006-12-21
Also published as: CN101189702A; CN101189702B; US20060279217A1; JP2008543022A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, bevorzugt eine Metallhologenid-Hochdruckentladungslampe, umfassend DOLLAR A 1.1. einen ersten Körper, der ein Leuchtmittel aufweist, DOLLAR A 1.2. einen zweiten Körper, der den ersten Körper umschließt, wobei DOLLAR A 1.3. der zweite Körper aus einem Al-Silikatglas besteht und wobei DOLLAR A 1.4. das AL-Silikatglas DOLLAR A 1.4.1. einen T¶g¶ > 600 DEG C, bevorzugt > 650 DEG C, ganz bevorzugt > 700 DEG C, insbesondere bevorzugt > 750 DEG C, und DOLLAR A 1.4.2. einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten alpha (20 DEG -300 DEG C) > 0, bevorzugt im Bereich 3 alpha (20 DEG -300 DEG C) 6, insbesondere bevorzugt 3,5 alpha (20 DEG -300 DEG C) 5,5, aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung mit mindestens einem ersten Körper der ein Leuchtmittel aufweist und einem zweiten Körper, der den ersten Körper umschließt, insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Hochdruckentladungslampen und im speziellen kompakte Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen.

Bei Hochdruckentladungslampen bildet ein erster Körper einen gasdichten Entladungsraum, der mit einer ionisierbaren Füllung befüllt ist. Der Entladungsraum wird auch als Brenner bezeichnet. Der Entladungsraum von Hochdruckentladungslampen gemäß dem Stand der Technik, wie beispielsweise in der WO 2004/077490 oder der WO20051033802 beschrieben, umfasst ein oder mehrere Metallhalogenide, Quecksilber und Seltene-Erden-Halogenide. Diese werden bei RT in flüssiger oder fester Form in den Brenner gegeben und liegen nach der Zündung infolge der dann vorherrschenden hohen Drücke und Temperaturen gasförmig vor.

Der zweite Körper, der den ersten Körper umschließt und bevorzugt in der Form einer Kolbens vorliegt, dient zur thermischen Kapselung des ersten Körpers, der die eigentliche lichtemittierende Einheit darstellt und/oder zum Bruch/Explosionsschutz bzw. zum Schutz von Materialien und dem Lampenanwender vor schädlichen Strahlen, insbesondere vor UV-Strahlen.

Die Brenner von Hochdruckentladungslampen, gefertigt aus Kieselglas oder transluzenter Keramik (z.B. Al₂O₃, YAG-Keramiken), werden auf möglichst hohen Betriebstemperaturen bis 1000°C bzw. darüber betrieben. Je höher die Betriebstemperaturen sind, desto höher ist der Farbwiedergabeindex und die Wirksamkeit und umso geringer sind Unterschiede der Lichtqualität von Lampe zu Lampe.

Der Raum zwischen erstem und zweitem Körper ist zur thermischen Isolation meist bzw. im wesentlichen evakuiert. Der zweite Körper, der auch als Hüllkolben bezeichnet wird, ist mit UV-blockenden Komponenten zur UV-Blockung dotiert.

Die Temperatur am zweiten Körper, d.h. am Außenkolben beträgt bei einer Hochdruckentladungslampe, einer so genannten HID-Lampe, 300°C–850°C. Diese ist abhängig von einer Reihe von Faktoren, unter anderem vom Abstand des Hot-Spots des Brenners vom Kolben. Entsprechend ist der Durchführungsbereich deutlich kälter als das dem Brenner direkt benachbarte Kolbenvolumen. Abhängig von der Leistungsabgabe des Brenners und bei sehr kleinen Abständen des Hot-spots von der Kolbeninnenwand können auch durchaus Wandtemperaturen bis 800°C oder darüber vorherrschen.

Wie oben beschrieben sollte sich der Außenkolben bevorzugt durch eine hohe UV-Blockung auszeichnen. Dabei sollte insbesondere der Stahlungstyp UV-C (um 260 nm) sowie die Strahlung des Typs UV-B (um 310 nm) durch den Kolben abgeblockt werden. Idealerweise ist auch die UV-A-Strahlung, um 360 nm, zu einem möglichst hohen Anteil geblockt. Auch die Bereiche zwischen diesen mehr oder weniger diskreten Hg-UV-Linien sollte möglichst gut geblockt sein, da unter Druck stehendes Quecksilber bzw. Metallhalogenide hier breite Emissionsbanden aufweisen.

Bei den Hockdruckentladungslampen werden als Material für den ersten Körper, d.h. dem so genannten Entladungsraum, neben Kieselglas als Material auch transluzentes Aluminiumoxid, welches bis 1100°C oder darüber belastbar ist, verwendet.

Als Materialien des zweiten Körpers, d.h. des Außenkolbens werden derzeit überwiegend Kieselglas bzw. Multikomponentengläser eingesetzt.

In der WO 2004/077490 ist eine HID-Lampe beschrieben, wobei als Materialien für den Außenkolben Quarzglas, Hartglas oder Weichglas angegeben wird. Das Hartglas ist jedoch in der WO 20041077490 nicht näher spezifiziert.

Materialseitig hat die Verwendung von Kieselglas als Material für den Außenkolben den Nachteil einer unzureichenden UV-blockenden Wirkung. Eine UV-Blockung kann in Kieselglas über Zudotierung von CeO₂ realisiert werden, vorzugsweise in Gehalten < 1 Gew.%. Dies hat jedoch den Nachteil einer Resttransmission im Bereich der harten UV-C-Strahlung.

Die Verwendung von Weichglas ist in dieser Hinsicht zwar unproblematisch, führt jedoch zu eingeschränkter Designfreiheit und/oder Beschränkung in der Leistungsabgabe der Lampe.

Ein weiteres Problem bei HID-Lampen gemäß dem Stand der Technik ist der Bereich der Durchführungen. Besteht wie zuvor beschrieben der erste (innere) und/oder zweite (äußere) Lampenkolben aus Kieselglas, so sind die Durchführungen von außen nach innen gesehen aus W- bzw. Mo-Draht ausgeführt, welcher an eine Mo-Folie mit einer Dicke < 100 μm geschweißt ist, sowie einem weiteren Schweißpunkt zu einem W-Draht bzw. Nb-Draht, der ins Innere der Lampe, z. B. W-Entladungselektroden führt.

Die Verwendung einer Mo-Folie mit einer Dicke < 100 μm ist im Stand der Technik notwendig, um Spannungen im Bereich der Glas-/Metall-Durchführung so gering wie möglich zu halten. Der eigentliche hermetische Verschluss erfolgt dabei über wenige mm² Kontaktfläche von Mo-Folie zum umgebenden Glas und ist damit sehr unzuverlässig. Diese Verschlusstechnik setzt zudem Schranken bezüglich dem maximalen Stromfluss (ca. 20-25 A).

Die Verwendung einer Mo-Folie hat weitere nachfolgend beschriebene Nachteile: Beim Einschmelzen der Durchführung neigt die Mo-Folie zum Verbrennen. Im Stand der Technik wird daher das Einschmelzen in einem Schutzgasstrom, insbesondere unter Argon, vorgenommen.

Die eingeschmolzenen Folien neigen im Betrieb zur Oxidation. Dies kann zu Undichtigkeiten und Ausfall der Lampe führen.

Die dünne Folie ermöglicht nur einen unzureichenden Energietransport in die Lampe. Die Herstellung, d.h. das mehrfache Zusammenschweißen von Metallbauteilen ist aufwendig und kostentreibend, außerdem wird aufgrund der räumlichen Ausdehnung des Durchführungssystems die Gesamtlänge der Lampe ungünstigerweise sehr groß.

Um diese Nachteile zu überwinden und die Kompaktheit und/oder Designfreiheit von Leuchten mit HID-Lampen als Lichtquelle zu steigern, wird in der WO 20041077490 anstelle des Verschmelzens des Aussenkolbens mit einem Durchführungsdraht das Fügen des Aussenkolbens an eine die Durchführungsdrähte beinhaltende Basisplatte über einen Fritring beschrieben. Damit wird die > 10 mm lange Verschmelzungszone auf ein Mindestmaß, vorgegeben durch die Dicke der Platte, reduziert.

Gemäß der WO 2004/07740 kann die Basisplatte aus Glas, Keramik oder Glaskeramik sein, für den Kolben wird wie oben beschrieben „Quarzglas, Softglas bzw. Hartglas" angegeben. Das Fritringmaterial ist nicht weiter spezifiziert. Nachteilig an der WO 2004/07740 ist wie zuvor beschrieben, dass das Material des Außenkolbens nicht spezifiziert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik bei Hochdruckentladungslampen zu überwinden.

Insbesondere soll eine Leuchtvorrichtung, mit einem ersten inneren Körper und einem zweiten, äußeren Körper angegeben werden, bei der der zweite Körper (Außenkolben) bevorzugt an eine nicht-nulldehnende Basisplatte, über eine Fritte angefügt ist, d.h. es besteht kein Kontakt des Kolben zu den Durchführungsdrähten an sich. Das Material des Außenkolbens soll eine hohe Temperaturbelastbarkeit sowie eine von Null verschiedene thermische Ausdehung aufweisen. Insbesondere sollen im Bereich der Durchführung nur geringe Spannungen auftreten und die zuvor beschriebenen Nachteile vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, d.h. der zweite Körper besteht aus einem Al-Silikatgias, z.B. einem Hartglas. Das Al-Silikatglas weist einen Tg > 600°G, bevorzugt 650°C, besonders bevorzugt 700°C, idealerweise > 750°C, ganz bevorzugt > 770°C, insbesondere bevorzugt > 790°C und einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten α _20/300 > 0, bevorzugt im Bereich 3 ≤ α _20/300 ≤ 6, insbesondere bevorzugt 3,5 ≤ α _20/300 ≤ 5,5 auf.

In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Aluminosilikatglas des zweiten Körpers, d.h. das Material des Außenkolbens, ein Hartglas.

Bevorzugt weist die Aluminosilikatglaszusammensetzung eine nahezu 100%ige Blockung im UV-C-Bereich auf, d.h. alle Wellenlängen um 260 nm, bevorzugt bis einschliesslich 300 nm werden bei RT wie auch bei Betriebstemperaturen durch den Kolben der Dicke von 1 mm oder höher nicht mehr hindurchgelassen. Besonders bevorzugt sind im Betrieb auch alle Wellenlängen um die UV-B-Linie (bei 310 nm) herum 100% geblockt, besonders bevorzugt sogar Wellenlängen bis 320 nm.

Unter dem UV-C-Bereich versteht man UV-Strahlung um 260 nm, unter UV-B-Strahlung solche um 310 nm und unter dem UV-A-Bereich UV-Strahlung mit Wellenlängen um 365 nm.

In der erfindungsgemäßen Leuchtvorrichtung ist die Lampe zusammengesetzt aus einer die Stromdurchführung beinhaltenden Platte sowie einem Kolben. Um Spannungen zwischen Außenkolben und der Basisplatte sowie im Bereich der Durchführungsdrähte zu vermeiden, ist der Ausdehnungskoeffizient α _20/300 der Basisplatte sowie des Außenkolbens vorzugsweise im wesentlichen gleich zu dem des Metalls der Durchführungsdrähte. Bevorzugt ist das Material der Durchführungsdrähte demnach eines der nachfolgenden Metalle oder Legierungen:
Wolfram
Molybdän
Niobmetall
Kovarlegierung und
Molezdenwanov-Legierung.

Gemäß dem thermischen Ausdehungskoffizienten α _20/300 dieser Metalle liegt der Ausdehnungskoeffizient der Basisplatte sowie des Außenkolbens daher vorzugsweise im erfindungsgemäßen Bereich von 3,5 ≤ α _20/300 ≤ 5,5. Aus diesem Grund ist der Einsatz von Quarzglas generell nicht möglich. Für eine ausreichende UV-C-Blockung ist daher insbesondere ein Multikomponentenglas geeignet, d.h. ein Aluminosilikatglas, nachfolgend auch als „Al-Silikatglas" bezeichnet.

In einer besonders bevorzugten ersten Ausführungsform enthält das Al-Silikatglas die nachfolgende Zusammensetzung (Gew.-% auf Oxidbasis):

SiO₂	50–66
B₂O₃	0–5,5
Al₂O₃	10–25
MgO	0–7
CaO	0–14
SrO	0–8
BaO	0–18
P₂O₅	0–2
ZrO₂	0–3
TiO₂	0–5
CeO₂	0–5
MoO₃	0–5
Fe₂O₃	0–5

WO₃	0–5
Bi₂O₃	0–5

Ein weiterhin bevorzugtes Al-Silikatglas enthält die nachfolgenden Komponenten:

SiO₂	50–66
B₂O₃	0–5,5
Al₂O₃	13–25
MgO	0–7
CaO	5–14
SrO	0–8
BaO	6–18
P₂O₅	0–2
ZrO₂	0–3
TiO₂	0–5
CeO₂	0–5
MoO₃	0–5
Fe₂O₃	0–5
WO₃	0–5
Bi₂O₃	0–5

Noch ein weiteres Al-Silikatglas der Erfindung enthält die nachfolgenden Komponenten:

SiO₂	50–66
B₂O₃	0 – < 0,5
Al₂O₃	14–25
MgO	0–7
CaO	5–14
SrO	0–8
BaO	6–18
P₂O₅	0–2

ZrO₂

0–3

Bevorzugt ist auch ein erfindungsgemäßes Al-Silikatglas, enthaltend die nachfolgenden Komponenten:

SiO₂	58–62
B₂O₃	0–5,5
Al₂O₃	13,5–17,5
MgO	0–7
CaO	5,5–14
SrO	0–8
BaO	6–10
ZrO₂	0–2

Die oben genannten Al-Silikatgläser sind im wesentlichen alkalifrei. Jedoch können auch alkalihaltige Al-Silikatgläser in genauso geeigneter Form eingesetzt werden. Diese beruhen beispielsweise auf den nachfolgenden Glaszusammensetzungen in Gew.-%:

SiO₂	50–70
Al₂O₃	17–27
Li₂O	> 0–5
Na₂O	0–5
K₂O	0–5
MgO	0–5
ZnO	0–5
TiO₂	0–5
ZrO₂	0–5
Ta₂O₅	0–8
BaO	0–5
SrO	0–5

P₂O₅	0–10
Fe₂O₃	0–5
CeO₂	0–5
Bi₂O₃	0–3
WO₃	0–3
MoO₃	0–3

sowie übliche Läutermittel z.B. SnO₂, CeO₂, SO₄, Cl, As₂O₃ Sb₂O₃ in Mengen von 0–4 Gew.-%.

Eine weiteres geeignetes alkalifreies Glas beruht auf den nachfolgenden Glaszusammensetzungen in Gew.-%:

SiO₂	35–70, insbesondere 35–60
Al₂O₃	14–40, insbesondere 16,5–40
MgO	0–20, bevorzugt 4–20, insbesondere 6–20
ZnO	0–15, bevorzugt 0–9, insbesondere 0–4
TiO₂	0–10, bevorzugt 1–10
ZrO₂	0–10, bevorzugt 1–10
Ta₂O₅	0–8, bevorzugt 0–2
BaO	0–10, bevorzugt 0–8
CaO	0–< 8, bevorzugt 0–5, insbesondere < 0,1
SrO	0–5, bevorzugt 0–4
B₂O₃	0–10, bevorzugt > 4–10
P₂O₅	0–10, bevorzugt < 4
Fe₂O₃	0–5
CeO₂	0–5
Bi₂O₃	0–3
WO₃	0–3
MoO₃	0–3

sowie übliche Läutermittel z.B. SnO₂, CeO₂, SO₄, Cl, As₂O₃ Sb₂O₃ in Mengen von 0–4 Gew.%.

Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass die UV-Kante durch Zugabe geeigneter UV-Blocker gezielt eingestellt werden kann. Hierdurch ist es z.B. auch möglich die Transmission im Wellenlängenbereich um 400 nm gezielt so einzustellen, dass der Blaustich, der in der Emission der HID-Lampen gemäß dem Stand der Technik auftreten kann, reduziert wird.

Bei den erfindungsgemäßen Al-Silikatgläsern, insbesondere Hartgläsern, ist es möglich, durch Beimengung von Oxiden, wie Fe₂O₃ oder TiO₂ bzw. auch anderen klassischen UV-Blockern, wie Mo-, Nb- und/oder Ce-oxid, zunächst die UV-Kante ähnlich jener von UV- Kieselglas einzustellen. Demnach enthält das erfindungsgemäße Al-Silikatglas vorzugsweise zumindest ein Metalloxid ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂, CeO₂, Fe₂O₃, WoO₃, ZrO₂, MoO₃, Bi₂O₃, Nb₂O₅ und/oder Ta₂O₅.

Bevorzugt kann also – wenn erforderlich – gezielt Einfluss auf die Qualität des Weisslichtes genommen werden. So ist, sofern das Emissionsspektrum des Entladungskörpers zu viel Blauanteile aufweist, über die Steilheit der UV-Kante auch gezielt eine gelbe Eigenfärbung einstellbar. Diese filtert zu grosse Blauanteile aus. Durch die Eigen-Gelbfärbung wird der Blaustich des Brenners der HID-Lampe kompensiert und eine gegenüber herkömmlichen HID-Lampe verbesserter Weisseindruck erreicht.

Die Wirkung wird umso vorteilhafter wenn zusätzlich Temperatureffekte betrachtet werden. An der brennernahen Innenwand einer HID-Lampe können Temperaturen zwischen 600°C und 850°C oder mehr entstehen, wodurch die UV-Kante zu kleineren Energien hin verschoben wird.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Al-Silikatglas im Bereich von RT bis 700°C Licht die Wellenlängen kleiner gleich 290 nm im wesentlichen komplett blocken. „Im wesentlichen komplett blocken" bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass der Transmissionsgrad < 0,01 ist. Noch vorteilhafter kann ein Al-Siliaktglas eingesetzt werden, das bei Temperaturen um 600°C Licht Wellenlängen kleiner gleich 300 nm, bevorzugt kleiner gleich 310 nm im wesentlichen komplett blockt, d.h. der Transmissionsgrad < 0,01 beträgt. Insbesondere kann das Al-Silikatglas bei ungefähr 400 nm einen Transmissionsgrad im Bereich 0,5–0,91 aufweisen.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird das Al-Silikatglas derart ausgewählt, dass dieses bei ungefähr 400 nm bei 600°C einen Transmissionsgrad kleiner als 86% und einen Fe₂O₃-Gehalt > 10 ppm, bevorzugt > 100 ppm, insbesondere > 300 ppm aufweist.

Durch geeignete Variation von Anteilen der UV-blockenden Komponente sowie unter Berücksichtigung der Temperaturverschiebung kann die UV-Kante beliebig eingestellt werden. Hierdurch können geeignete Transmissionen bei 400 nm generiert werden, die je nach Wert, den Wiedergabeindex CRI und/oder die Farbtemperatur einer Lampe positiv beeinflussen.

Der Wiedergabeindex einer Lampe ist der sogenannte Color Rendering Index (CRI). Der Color Rendering Index (CRI) beschreibt den Weisseindruck einer angestrahlten Fläche. Je nachdem wie viel Anteile aus einem optimalen Emissionsspektrum, das sich durch eine gleichhohe Intensität für Wellenlängen zwischen 380 und 780 nm auszeichnet, fehlen bzw. je inhomogener das Spektrum ist, desto objektiv schlechter ist das Weiss. Die Fläche erscheint dann mehr oder weniger grau.

Ein CRI-Index von 100 beschreibt eine Lampe mit einem optimalen Emissionsspektrum, d.h. einem optimalen Weisseindruck.

Wie zuvor beschrieben, kann das Licht von Hochdruckentladungslampen (HID-Lampen) selbst bei bester Optimierung der Füllstoffe gemäß dem Stand der Technik durchaus noch blaulastig sein. Momentan werden Lampen mit CRI von meist nicht mehr als. 90 vertrieben. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Gläser kann die Blaulastigkeit durch eine geeignete Dotierung bei gleichzeitig hoher Temperaturbeständigkeit, einer thermischen Ausdehnung α _20/300 > 0 und ausreichender UV-Blockung vermindert bzw. gänzlich kompensiert werden, so dass HID-Lampen mit einem CRI-Index > 90, bevorzugt > 95, erhalten werden.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines Al-Silikatglas für eine Leuchtvorrichtung, insbesondere eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe, wie diese bereits beschrieben wurde, wobei das Al-Silikatglas eine der oben beschriebenen Zusammensetzungen aufweist.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen beispielhaft beschrieben werden. Es zeigen:
1a, b: eine HID-Lampe mit einem zweiten Körper, der den Außenkolben der HID-Lampe bildet;
2: Transmissionskurven für die Ausführungsbeispiele A1, A2, A3 (dotierte alkalifreie Al-Silikaltgläser), sowie Vergleichsbeispiele V1 (Ce-dotiertes Kieselglas) und V2 (undotiertes Al-Silikatglas) bei Raumtemperatur;
3: Transmissionskurven für die Ausführungsbeispiele A1, A2, A3, und Vergleichsbeispiele V1 und V2 bei 600° C;
4: Transmissionskurven für die Ausführungsbeispiele A4 und A5 (dotierte alkalihaltige Al-Silikatgläser), sowie Vergleichsbeispiel V1 (Ce-dotiertes Kieselglas) jeweils bei Raumtemperatur und 600°C;
5a, b: Transmissionsdaten des Glases A2 aus 1 und 2 im Vergleich zu den Daten eines Glases mit gleicher Grundzusammensetzung A2b bei RT (5a) und 600°C (5b), wobei die Unterschiede im Fe₂O₃-Gehalt liegen (A2: 330 ppm, A2b: 10 ppm Fe) und
6: Position der Farbe einer Lampe im CIELab Farbdiagramm unter Verwendung von Kolben a) des Vergleichsbeispieles V1 sowie b) des Ausführungsbeispieles A2 jeweils bei 600°C.
In 1a ist schematisch eine HID-Lampe und in 1b eine alternative Ausführung mit einem Durchführungsbauteil, wie beispielsweise in der WO 2004/077490 beschrieben, gezeigt.
In 1a ist neben dem Außenkolben 1 auch noch das Brennersystem 2, das als Al₂O₃-Brenner ausgebildet sein kann, dargestellt. Das Brennersystem 2 ist an einem Nippel 4 befestigt. Das Brennersystem umfasst einen sogenannten ersten Körper, der den Entladungsraum des Brenners ausbildet. Der Nippel 4 ergibt sich, wenn der Pumpstengel nach Anlegen des Vakuums, welches im Außenkolben herrscht, abgeschmolzen wird. Die sogenannte ehemalige Verschmelzstelle fungiert dann als oberer Fixpunkt des Brennersystems 2, welches gegenüber z.B. einer W-Wendel bei einer Halogenlampe eine deutlich größere Masse hat, so dass eine Fixierung im Außenkolben vorteilhaft ist. Des Weiteren sind die Zuführdrähte 6 und Abführdrähte 8 gezeigt. Die Zuführ- und Abführdrähte 6, 8 sind zwar steif genug um den Brenner zu halten, eine größere Sicherheit und Reproduzierbarkeit in der Positionierung des Brenners wird aber erhalten, wenn eine Verlängerung 10 des Abführdrahtes 8 oben eine Verankerung am Nippel 4 hat.
Erfindungsgemäß ist der Außenkolben 1 aus einem Al-Silikatglas ausgebildet. Mögliche Zusammensetzungen des Al-Silikatglases sind in den nachfolgenden Tabellen angegeben.
Nachdem der Außenkolben 1 mit einem Brennersystem bestückt wurde, werden die daran befindlichen Metallzuführungen angebracht.
Die Metallzuführungen werden von einem Durchführungsbauteil, einer sogenannten Basisplatte 50, beinhaltet.
Anstelle einer direkten Verschmelzen des Außenkolbens mit einem Durchführungsdraht wird vorliegend der Außenkolben an die Durchführungsdrähte 68 beinhaltende Basisplatte 50 über einen Fritring gefügt. Damit wird die Verschmelzungszone auf ein Mindestmass, die durch die Dicke der Basisplatte 50 vorgegeben ist, reduziert.
Um Spannungen zwischen Außenkolben und der Basisplatte sowie im Bereich der Durchführungsdrähte zu vermeiden, ist der Ausdehnungskoeffizient α _20/300 der Basisplatte sowie des Außenkolbens im wesentlichen gleich zu dem des Metalls der Durchführungsdrähte. Bevorzugt ist das Material der Durchführungsdrähte 6, 8 eines der nachfolgenden Metalle oder Legierungen:
Wolfram
Molybdän
Niobmetall
eine Kovarlegierung und
eine Molezdenwanov-Legierung.
Gemäß dem thermischen Ausdehungskoffizienten α _20/300 dieser Metalle liegt der Ausdehnungskoeffizient der Basisplatte sowie des Außenkolbens im Bereich 3,5 ≤ α _20/300 ≤ 5,5. Aus diesem Grund ist der Einsatz von Quarzglas nicht möglich. Ebenso spricht die unzureichende UV-C-Blockung für ein Multikomponentenglas, z.B. ein Al-Silikatglas.
Die in 2 und 3 gezeigten Gläser haben nachstehende Zusammensetzungen und Eigenschaften:
Tabelle 1:
In 2 und 3 sind die Transmissionskurven für das Ausführungsbeispiel 1, das Ausführungsbeispiel 2 sowie das Ausführungsbeispiel 3 und die Vergleichsbeispiele V1 und V2 bei Raumtemperatur bzw. 600°C angegeben. Die Proben weisen alle eine Dicke von 1 mm auf.
V1 entspricht Ce-dotiertem Kieselglas, welches in dem neuen erfindungsgemäßen HID-Lampenkonzept wegen fehlender Anpassung im Ausdehnungskoeffizienten nicht eingesetzt werden kann. Die UV-Kante liegt günstig (höchster Wellenlängenwert, bei dem das Glas nur noch max. zu 1,0 % transmittiv ist: 324 nm), jedoch ist V1 bei 260 nm noch transmittiv.
V2 entspricht einem nicht-UV-geblocktem Al-Silikatglas. Infolge der fehlenden UV Blocker (die Kantenlage erfolgt nur durch die über die Rohstoffe eingetragenen Verunreinigungen) ist V1 sowohl bei RT als auch bei 600°C bei 290 nm noch transmittiv.
Die Ausführungsbeispiele A1, A2 und A3 sind im Vergleich deutlich besser. Bei RT sind die Ti-führenden Gläser A1 und A2 bis 295 bzw. 305 nm nicht mehr transmittiv. Die Ce-Variante A3 ist sogar bis 328 nm optisch dicht. Bei 600°C sind die Gläser A1-A3 sogar bis max. 310 nm oder noch darüber undurchlässig. Bei 260 nm sind alle erfindungsgemäßen Varianten für die sehr schädliche UV-C-Strahlung (260 nm) undurchlässig.
Die Gläser A1, A2 und A3 weisen gegenüber V1 eine vergleichbare oder leicht herabgesetzte Transmission bei 400 nm auf. Wie oben ausgeführt kann diese jedoch gezielt genutzt werden, sofern die Emission der Brennereinheit zu blaulastig ist. Durch Zugabe von UV-blockenden Substanzen zum Al-Silikatglas kann daher bei einer Wellenlänge von 400 nm gegenüber Kieselglas eine Transmission im Bereich von 50 bis 91 % variabel eingestellt werden. Transmissionen kleiner 50 % bedingen jedoch eine zu starke gelbe Eigenfärbung und damit eine zu grosse Filterwirkung.
Andererseits können durch vorsichtige Auswahl der Rohstoffe auch Transmissionen bei 400 nm besser als im Stand der Technik (UV-geblocktes SiO₂) generiert werden. Die 5a und 5b stellen die Transmissionsdaten des Glases A2 aus 2 den Daten eines Glases mit gleicher Grundzusammensetzung Alb gegenüber. Die Unterschiede liegen im Fe₂O₃ Gehalt (A2: 330ppm Fe₂O₃, A2b: 10ppm Fe₂O₃). Demzufolge ist die Kante gegenüber der Fe-reichen Variante sowohl bei RT als auch 600°C steiler. Es liegt eine höhere Transmission bei 400 nm vor, der Cut-off bzw. die UV-Kante ist jedoch in etwa gleich geblieben.
Eine ebenso günstige UV-Kante und damit Transmissionskurve sowohl bei Raumtemperatur, wie auch bei 600°C wurde für nachfolgende alkalihaltige Al-Silikatgläser (in Gew.-% auf Oxidbasis) gefunden (Ausführungsbeispiele A4 und A5; siehe auch 4). Das Glas wurde mit Fe-armen Rohstoffen geschmolzen, der Fe₂O₃-Gehalt liegt in etwa bei < 10 ppm Tabelle 2: Glaszusammensetzung für Ausführungsbeispiel A 4 in Gew.-%

SiO₂ 65,45

Al₂O₃ 21,97

Na₂O 0,51

Li₂O 3,72

MgO 0,47

BaO 2,02

ZnO 1,70

TiO₂ 2,39

ZrO₂ 1,76

alpha 20/300 4,0 ppm/K

Tg 690°C

Tabelle 3: Glaszusammensetzung für Ausführungsbeispiel A 5 in Gew.-%

SiO₂ 64,45

Al₂O₃ 21,97

Na₂O 0,51

Li₂O 3,72

MgO 0,47

BaO 2,02

ZnO 1,70

TiO₂	3,4
ZrO₂	1,76
alpha 20/300	4,05 ppm/K
Tg	685°C

Die Steilheit der Transmissionskurve von Ausführungsbeispiel A4 ist bei 600°C in etwa vergleichbar mit der Transmissionskurve des Ausführungsbeispieles V1. Die Transmissionkurve von A5 ist bei 600°C sogar annähernd deckungsgleich mit V1. Beide Ausführungsbeispiele haben gegenüber V1 zusätzlich den grossen Vorteil der kompletten Blockung der schädlichen UV-C-Strahlung bei 260 nm sowie der an Durchführungsmetalle angepassten thermischen Ausdehnung.
Allerdings ist die Temperaturstabilität der Zusammensetzungen gemäß Ausführungsbeispiel 4 und 5 gegenüber den Zusammensetzungen gemäß Ausführungsbeispiel 1 bis 3 reduziert. Der Tg von 690°C ist jedoch für die adressierte Anwendung noch ausreichend.
Die Auswirkung der Transmission des Aussenkolbenglases auf die Farbcharakterisik der gesamten Lampe bei einer exemplarischen Betriebstemperatur von 600°C verdeutlicht 6. Die Lampenfarbe resultiere aus Faltung der primären Emission des Brenners mit der Filterfunktion des Aussenkolbens.
Im sogenannten CIELab Farbdiagramm sind Unterschiede zwischen dem UV-geblockten SiO₂ (Vergl.-Bsp. V1) sowie dem Ausführungsbeispiel A3 zu erkennen. Das Ausführungsbeispiel A3 ist insofern vorteilhaft da es die Farblage mehr in Richtung des idealen Weisspunktes verschiebt. Ausgedrückt in Grössen des CIE Systems (COMMISSION INTERNATIONALE DE L'EGLAIRAGE; siehe www.cie.co.at/cie) wird die Kenngrösse C (Chroms, Farbigkeit) um eine Einheit verkleinert. Vorteilhafterweise wird dabei der CRI (Color rendering index) kaum verändert, jedoch wird vorteilhafterweise die Farbtemperatur CCT verringert. Alles in allem wird der Blaustich der Lampe durch die Gelbfilter-Wirkung des Aussenkolbenmateriales verringert.
Tabelle 4: CIE Farb-Kenndaten von Lampen mit Aussenkolben aus V1 bzw. A3. Daten gem. CIE Norm 13.3-1995
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den beschriebenen Ausführungsbeispielen. Die Beispiele und beigefügten Figuren veranschaulichen die vorliegende erfindungsgemäße Lehre ohne diese darauf zu beschränken. Die obige Beschreibung schildert eine Vielzahl von Variationen und legt eine Reihe von Modifikationsmöglichkeiten nahe, die dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich sind, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

Leuchtvorrichtung – bevorzugt eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe, umfassend 1.1. einen ersten Körper, der ein Leuchtmittel aufweist, 1.2. einen zweiten Körper, der den ersten Körper umschließt, wobei 1.3. der zweite Körper aus einem Al-Silikatglas besteht, und wobei 1.4. das Al-Silikatglas 1.4.1. einen T_g > 600°C, bevorzugt > 650°C, ganz bevorzugt > 700°C, insbesondere bevorzugt > 750°C und 1.4.2. einen thermischen Ausdehungskoeffizienten α (20°–300°C) > 0, bevorzugt im Bereich 3 ≤ α (20°–300°C) ≤ 6, insbesondere bevorzugt 3,5 ≤ α (20°–300°C) ≤ 5,5 aufweist.
Leuchtvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Lampe zusammengesetzt ist aus einer die Stromdurchführung beinhaltenden Platte sowie einem Kolben.
Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Al-Silikatglas folgende Zusammensetzung (Gew.-% auf Oxidbasis) aufweist: SiO₂ 50–66 B2O₃ 0–5,5 Al₂O₃ 10–25 MgO 0–7 CaO 0–14 SrO 0–8 BaO 0–18 P₂O₅ 0–2 ZrO₂ 0–3

TiO₂ 0–5 CeO₂ 0–5 MoO₃ 0–5 Fe₂O₃ 0–5 WO₃ 0–5 Bi₂O₃ 0–5
Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Al-Silikatglas die nachfolgenden Komponenten aufweist: SiO₂ 50–66 B₂O₃ 0–5,5 Al₂O₃ 13–25 MgO 0–7 CaO 5–14 SrO 0–8 BaO 6–18 P₂O₅ 0–2 ZrO₂ 0–3 TiO₂ 0–5 CeO₂ 0–5 MoO₃ 0–5 Fe₂O₃ 0–5 WO₃ 0–5 Bi₂O₃ 0–5
Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Al-Silikatgias die nachfolgenden Komponenten aufweist: SiO₂ 50–66 B₂O₃ 0–< 0,5 Al₂O₃ 14–25

MgO 0–7 CaO 5–14 SrO 0–8 BaO 6–18 P₂O₅ 0–2 ZrO₂ 0–3
Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Al-Silikatglas die nachfolgenden Komponenten aufweist: SiO₂ 58–62 B₂O₃ 0–5,5 Al₂O₃ 13,5–17,5 MgO 0–7 CaO 5,5–14 SrO 0–8 BaO 6–10 ZrO₂ 0–2
Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der zweite Körper aus einem Al-Silikatglas beruht, das die nachfolgenden Komponenten in Gew.-% enthält: SiO₂ 50–70 Al₂O₃ 17–27 Li₂O 0–5 Na₂O 0–5 K₂O 0–5 MgO 0–5 ZnO 0–5 TiO₂ 0–5 ZrO₂ 0–5

Ta₂O₅ 0–5 BaO 0–5 SrO 0-5 P₂O₅ 0–5 Fe₂O₃ 0–5 CeO₂ 0–5 Bi₂O₃ 0–5 WO₃ 0–5 MoO₃ 0–5

sowie übliche Läutermittel z.B. SnO₂, CeO₂, SO₄, Cl, As₂O₃ Sb₂O₃ in Mengen von 0–4 Gew.-%.
Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der zweite Körper aus einem Al-Silikatglas beruht, das die nachfolgenden Komponenten in Gew.-% enthält: SiO₂ 35–70, insbesondere 35–60 Al₂O₃ 14–40, insbesondere 16,5–40. MgO 0–20, bevorzugt 4–20, insbesondere 6–20 ZnO 0–15, bevorzugt 0–9, insbesondere 0–4 TiO₂ 0–10, bevorzugt 1–10 ZrO₂ 0–10, bevorzugt 1–10 Ta₂O₅ 0–8, bevorzugt 0–2 BaO 0–10, bevorzugt 0–8 CaO 0–< 8, bevorzugt 0–5, insbesondere < 0,1 SrO 0–5, bevorzugt 0–4 B₂O₃ 0–10, bevorzugt > 4–10 P₂O₅ 0–10, bevorzugt < 4 Fe₂O₃ 0–5 CeO₂ 0–5 Bi₂O₃ 0–3

WO₃ 0–3 MoO₃ 0–3

sowie übliche Läutermittel z.B. SnO₂, CeO₂, SO₄, Cl, As₂O₃ Sb₂O₃ in Mengen von 0–4 Gew.-%.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Anspruch 1 bis 8, wobei das Al-Silikatglas zumindest ein Metalloxid ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus TiO₂, CeO₂, Fe₂O₃, WO₃, ZrO₂, MoO₃, Bi₂O₃, Nb₂O₅ und/oder Ta₂O₅, enthält.
Leuchtvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei zumindest ein Metalloxid jeweils in einer Menge von > 0 bis 8 Gew.-%, bevorzugt > 0 bis 6 Gew.%, besonders bevorzugt mit maximal 5 Gew.-% enhalten ist.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei das Al-Silikatglas wenigstens 0,5 Gew.-% TiO₂ CeO₂, Fe₂O₃, WO₃, ZrO₂, MoO₃, Bi₂O₃, Nb₂O₅ und/oder Ta₂O₅, enthält.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei das Al-Silikatglas Sb₂O₃ und As₂O₃ in einer Menge von höchstens 1 Gew.-% enthält.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei das Al-Silikatglas 0–1 Gew.-% Cl und/oder 0–3 Gew.-% SO₃ enthält.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 3 bis 6, wobei das Al-Silikatglas einen Erdalkaligehalt von 11,6 bis 29,0 Gew.-% aufweist.
Leuchtvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Al-Sllikatglas mehr als 10 Gew.-% BaO enthält.
Leuchtvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das Al-Silikatglas wenigstens 0,5 Gew.-% MgO enthält.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 16, wobei das Al-Silikatglas wenigstens 0,005 Gew.-% CeO₂ enthält.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 17, wobei der erste Körper aus Kieselglas oder transluzenter Keramik besteht.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 18, wobei der zweite Körper einen Außenkolben einer Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe darstellt.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 19, wobei der zweite Körper einen Explosionsshroud einer Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe darstellt.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 19, wobei die Leuchtvorrichtung eine Stromzuführung aus einem Metall umfasst.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Metall eine oder mehrere der nachfolgenden Materialien umfasst: Wolfram Molybdän Niobmetall eine Kovarlegierung oder eine Molekdenwanar-Legierung.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 22, wobei die Leuchtvorrichtung ein Durchführungsbauteil umfasst, das an dem zweiten Körper angebracht ist, insbesondere angefügt ist, und durch das eine Stromzuführung für die Leuchtvorrichtung hindurchgeführt ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 23, wobei das Durchführungsbauteil die Form einer Platte aufweist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, wobei das Durchführungsbauteil wenigstens einen Bereich aufweist, durch den wenigstens eine Stromzuführung, insbesondere in Form eines Metallteiles, hindurchgeführt wird und das Durchführungsbauteil zumindest in dem Bereich, in dem das Metallteil hindurchgeführt wird, ein Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der im Wesentlichen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metallteils entspricht.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 25, wobei das Metallteil eine oder mehrere der nachfolgenden Materialien umfasst: Wolfram Molybdän Niobmetall eine Kovariegierung oder eine Molekdenwanar-Legierung.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 26, wobei der erste Körper einen Entladungsraum darstellt und der Entladungsraum einer dosierbaren Füllung, insbesondere Entladungsstoffe, wie Quecksilber und/oder Selten-Erdionen und/oder Halogenen und/oder mit Xenon, gefüllt ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, wobei der Entladungsraum ein Füllgas umfasst und das Füllgas unter einem Druck von bis zu 200 bar oder mehr als 200 bar steht.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 28, wobei das Al-Silikatglas im Bereich von RT bis 700°C Licht der Wellenlänge kleiner gleich 290 nm im wesentlichen komplett blockt (Transmissionsgrad < 0,01).
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 29, wobei das Al-Siliaatglas bei Temperaturen um 600°C Licht der Wellenlänge kleiner gleich 300 nm, bevorzugt kleiner gleich 310 nm im wesentlichen komplett blockt (Transmissionsgrad < 0,01).
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 30, wobei das Al-Silikatglas bei ungefähr 400 nm einen Transmissionsgrad im Bereich 0,5–0,91 aufweist.
Leuchtvorrichtung gemäß mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 31, wobei das Al-Silikatglas bei ungefähr 400 nm bei 600°C einen Transmissionsgrad kleiner als 86% und einen Fe₂O₃-Gehalt > 10 ppm, bevorzugt > 100 ppm, insbesondere > 300 ppm aufweist.
Verwendung eines Al-Silikatglases für eine Leuchtvorrichtung, insbesondere eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe, wobei das Al-Silikatglas eine Zusammensetzung gemäß einem der Ansprüche ³ bis 17 aufweist.
Verwendung eines Al-Silikatglases gemäß Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtvorrichtung umfasst: 1.1. einen ersten Körper, der ein Leuchtmittel aufweist, 1.2. einen zweiten Körper, der den ersten Körper umschließt, wobei 1.3. der zweite Körper aus Al-Silikatglas besteht.
Verwendung eines Al-Silikatglases gemäß Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Al-Silikatglas einen T_g > 600°C, bevorzugt > 650°C, ganz bevorzugt > 700°C, insbesondere bevorzugt > 750°C und einen thermischen Ausdehungskoeffizienten α (20°–300°C) > 0, bevorzugt im Bereich 3 ≤ α (20°–300°C) ≤ 6, insbesondere bevorzugt 3,5 ≤ α (20°–300°C) ≤ 5,5 aufweist.
Verwendung eines Al-Silikatglases gemäß einem der Ansprüche 33 bis 35 für eine Leuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 oder 18 bis 32.