CN100570811C - 增加无汞气体放电灯中的放电电弧扩散 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特别适于机动车辆的并具有改善的放电电弧扩散的无汞气体放电灯，并涉及其使用及其制造方法。根据本发明的无汞气体放电灯具有结构布置的内部容器和/或外部灯泡，其结构布置优选地如此制造，使得与对应的不具有结构布置的气体放电灯相比，具有结构布置的无汞气体放电灯的放电电弧扩散增加dD0.01mm至1.5mm。

Description

增加无汞气体放电灯中的放电电弧扩散
技术领域
本发明涉及无汞气体放电灯，由于具有放电电弧扩散而特别适用于机动车辆，还涉及其使用，并涉及它的制造方法。
背景技术
气体放电灯在现有技术中是普遍知道的。现在，汞-氙高压气体放电灯(表示为D1和D2氙灯)，在许多机动车辆的前灯系统中被普遍使用。
现在，无汞气体放电灯正在越来越多地进入市场。这些是无汞氙高压气体放电灯，表示为D3和D4氙灯。使高发光效力最优化的无汞气体放电灯的主要缺点是：由于没有汞，与相应的含有汞的气体放电灯相比，在电极之间形成的放电电弧的扩散基本上较小。这导致无汞气体放电灯的放电电弧的扩散明显较小。特别是在反射前灯系统中，其反射镜经常高度精确地适应于放电电弧的几何形状，扩散不足的放电电弧能够导致车辆前面区域的照明持久且不均匀，也就是，与机动车辆是否静止或是否加速无关。
DE-A1 198 34 401公开了一种用于机动车辆的汞高压气体放电灯，它具有灯头(burner)空间，在其内部容器内布置有两个电极，在电极之间点燃放电电弧，并具有围绕着灯头的外部灯泡。灯头或外部灯泡包括均匀的光散射原子核层(扩散体)。成像误差随着前方区域照明的振动是可觉察的，因此在投射前灯系统中，成像误差在机动车辆垂直加速的情况下可以被避免或大大减小。在垂直加速度的情况下，由于等离子体的质量惯性，放电电弧可以改变其相对于前灯系统的位置。这导致放电电弧的成像误差，它随着前方区域照明的振动可以令人不愉快地觉察到。为了避免照明的振动，DE-A1 198 34 401建议灯头或外部灯泡具有均匀的光散射原子核层(乳白玻璃)。
DE-A1 199 10 709公开了汞高压气体放电灯，其灯体至少部分是磨砂的，以便在机动车辆加速过程中避免照明振动，磨砂具有不能直接从灯体外面向灯头空间里面看的效果。
它的缺点是乳白的或磨砂的扩散层对于避免照明的振动是必需的。这导致这些汞高压气体放电灯至少100流明的光损失。
发明内容
本发明的目的是增加无汞气体放电灯中放电电弧的扩散，该扩散是由较窄的放电电弧导致的并且是不足够的，以便使其在例如具有适用于含汞灯的反射或投射前灯系统的机动车辆中的使用成为可能。
根据本发明，该目的是这样实现的：在具有内部容器和外部灯泡的无汞气体放电灯中，内部容器和/或外部灯泡具有结构布置(structured arrangement)。
在本发明说明书中使用的表达方式“内部容器”和表达方式“外部灯泡”包括所有想得到的合适的容器形状。
除对放电电弧扩散的改进之外，本发明的方法还实现对电弧曲率的改进，在一定环境下，无汞灯和含汞灯相比电弧曲率是不同的。这使得前灯制造商更易于使用适当的前灯系统，并且还使得用无汞灯替换目前使用的含汞灯成为可能。
根据本发明，结构布置被如此制造，从而使得与对应的不具有结构布置的气体放电灯相比，具有结构布置的无汞气体放电灯的放电电弧曲率被减小dK0.01mm至dK0.5mm，优选的是减小dK0.03mm至dK0.2mm，更优选的是减小dK0.05mm至dK0.1mm。
与对应的含有汞的气体放电灯相比，将高发光效力最优化的无汞气体放电灯中的电弧曲率更强烈。根据本发明最亮点上面的结构布置导致由该结构布置引起的最亮点的位置或定位的光学变化，也就是，由于结构布置，当从外部方向观察时，放电电弧的最亮点对于外部观察者来说位于不同的定位，从而产生了放电电弧最亮点位置变化的光学印象。应该强调的是，很明显，通过本发明的测量，放电电弧的最亮点在放电电弧本身内部没有偏移，只是对于无汞气体放电灯的外部观察者来说产生的这样的印象，即放电电弧的最亮点从其原始位置偏移了。
优点是，如果结构布置被如此设置，使得与不具有结构布置的气体放电灯相比，具有结构布置的无汞气体放电灯放电电弧扩散的增加达到dD0.01mm至1.5mm，优选为dD0.05mm至0.9mm，并且特别为dD0.1mm至0.6mm。特别地，放电电弧扩散的增加dD可以特别为dD≤0.01mm；dD≤0.2mm；dD≤0.3mm；dD≤0.4mm；dD≤0.5mm；dD≤0.6mm；或dD≤0.7mm。
与现有技术中描述的照明振动(其中在放电电弧垂直加速的情况下，等离子体由于其质量惯性而相对于前灯系统变化其位置)相比，与类似的汞高压气体放电灯相比，无汞气体放电灯中的放电电弧(也就是放电电弧的等离子体)在静止操作期间尤其是对于高光通量倾向于具有更窄的形状，也就是，在无汞气体放电灯中等离子体的体积膨胀明显小于对应的汞高压气体放电灯。因此本发明由于其目的没有避免由垂直加速度引起的照明振动，在这种情况中由于等离子体的质量惯性，放电电弧仅仅相对于前灯系统改变其位置，而是取而代之的是增加将高发光效力最优化的无汞气体放电灯中放电电弧的不足扩散，与对应的汞高压气体放电灯相比，更少的扩散是由更少的等离子体体积导致的。
与不具有结构布置的气体放电灯相比，根据本发明的具有结构布置的无汞气体放电灯的光损失达到≤90流明并且≥5流明，优选为≤60流明并且≥10流明，并且更优选为≤50流明并且≥30流明。
根据本发明的无汞气体放电灯的构造原理包括具有灯头空间的内部容器，布置在内部容器内的两个电极在其之间点燃放电电弧，并且可能还具有外部灯泡。内部灯泡，在此之后也被表示为灯头，可以用氙气和更多的可电离的发光物质填充。两个电极在放电空间的任何一侧被结合在内部容器中。施加电压至电极点燃并保持在它们之间的气体放电。由于温升，放电电弧位于电极之间的连接线之上。电极之间的过渡区域和放电电弧被表示为焦点。焦点是放电电弧最热和最亮的点。
根据本发明的无汞气体放电灯可以用于机动车辆，例如用于反射前灯或投射前灯，用于幻灯机、电影放映机、照明设备等等。根据本发明的无汞气体放电灯原则上可以用于所有的照明应用范围。
在本发明的优选实施例中，无汞气体放电灯是无汞高压气体放电灯，优选的是无汞氙高压气体放电灯。
根据本发明的无汞气体放电灯的内部容器和/或外部灯泡可以用从包括玻璃和/或陶瓷材料的组中选择的材料制造，内部容器和外部灯泡优选地由玻璃制造。
优选地，内部容器和/或外部灯泡在其背离放电电弧的外表面、在其面对放电电弧的内表面、和/或在容器或灯泡材料层本身内部具有结构布置。后者可以通过例如特殊的玻璃掺杂或体积影响的激光处理来实现，也就是构造。
根据本发明的内部容器和/或外部灯泡可以包括均匀的和/或非均匀的结构布置，该结构布置优选的是由喷砂、激光处理、表面蚀刻、表面开槽和/或粗加工来实现的，并且可能由热处理来抛光，例如火焰抛光。从而，内部容器和/或外部灯泡可以包括多个相互协调或不协调的表面，其导致均匀的或不均匀的结构布置。以这种方式，内部容器和/或外部灯泡可以包括多个不同结构的表面，均匀的结构表面以及非均匀的结构表面。结构表面可以被布置成环形。然而可替换地，结构表面可以为多边形，优选为矩形。
当外部灯泡或内部容器包括具有与各自结构灯泡或容器相关的2mm2至12mm2尺寸的结构表面时是有利的，其中，优选地在放电电弧最亮点的上方提供具有结构布置的表面。结构表面可以特别地覆盖3mm2、5mm2、7mm2或10mm2的表面面积。结构表面可以径向形成在外部灯泡和/或内部容器上，以便成为部分的或完整的圆周。优选地，在外部灯泡和/或内部容器的中央沿径向提供结构表面，以便成为部分的或完整的圆周。
优选地，外部灯泡和/或内部容器的侧面区域不具有结构布置。
特别优选地，灯头空间从外部侧面是看得见的。呈现在电极上的等离子体电弧的焦点不得在此被覆盖，因为这对前灯中的光束有不利的影响。
外部灯泡和/或内部容器的没有构造的表面面积达到≥10％，特别地≥20％，优选地≥30％，更优选地≥40％，甚至更优选地≥50％的相应外部灯泡和/或内部容器的具有结构布置的表面。可替换地，外部灯泡和/或内部容器的没有结构布置的表面面积达到≥60％，特别地≥70％，优选地≥80％，更优选地≥90％，甚至更优选地≥95％的相应外部灯泡和/或内部容器的具有结构布置的表面。
在本发明的实施例中，结构布置可以形成在内部容器和/或外部灯泡的材料层内。原则上，内部容器和/或外部灯泡的构造可以形成在背向放电电弧的外表面上，可以形成在面向放电电弧的内表面上，和/或形成在灯泡或容器的材料层中。
内部容器和/或外部灯泡的结构布置可以在第一步骤中通过蚀刻、喷砂、磨削和/或激光处理来产生，于是，如此产生的结构布置可能在第二步骤中通过热处理来抛光，例如火焰抛光。在内部容器和/或外部灯泡的材料层内的结构布置可以通过激光来有利地实现。
适当的结构模式包括线、点、圆、矩形、多边形、其组合及其叠加。线可以是直的、弯曲的、波状的、螺旋形的等等。点、圆、矩形、多边形等可以具有相同的或不同的尺寸，并且它们可以部分或全部为平面形状。当不同的结构模式相互叠加时对于获得不均匀的结构布置来说是有利的。
可以使用激光来形成结构布置，优选地，激光的波长范围充分地被要构造的材料吸收，例如波长范围为10600nm的CO2激光。不同波长范围的激光也是可能的，这依赖于玻璃的吸收性能。
如果被处理的材料对用于制造结构布置的激光的波长范围吸收不充分，那么应用分离的吸收层是必要的。这种吸收层的优选材料具有尽可能低的汽化温度，以便该层在用激光束处理期间会蒸发而无残余物。
在有附加吸收层的情况下的玻璃的构造受到保护，因为涂层被加热到汽化点，并且在下面的玻璃在边界层与其一起被强烈加热，以致于玻璃局部脱落和/或汽化或熔化。
为了获得规定的玻璃表面的结构布置，可以使用安排在激光下游的扫描器，它根据要被处理的表面以不同的方式偏转激光束。可替换地，与静止的激光束结合，两维或三维线性系统是可以想象的，在该系统上被处理的工件被固定在规定位置。
依赖于各个工作点上要增加多少扩散，结构基本模式(例如：点)的规定可以通过距离、重叠程度、尺寸、激光束功率和/或前进速度的变化而变化。
结构布置还可以通过喷砂和/或磨削来实施，以使得外部灯泡和/或内部容器被表面切割。为了获得大约dD0.3mm的放电电弧扩散，在随后的热处理步骤中对结构表面进行后处理可能是有利的，例如通过火焰抛光。一方面，这使得非常小的扩散变化成为可能，例如dD≤0.3mm，并且还使得更好的适应对应的放电电弧扩散，即更高分辨率的刻度成为可能。另外，火焰抛光所具有的进一步优点是光传输保持完好无缺，所以大大降低了流明损失。
因此，本发明特别优选的实施例是通过具有根据本发明的结构表面的无汞灯形成的，其表面已经被火焰抛光。
附图说明
本发明的主题将在下面参考附图1-7进行更详细地说明，其中：
图1示出了含汞气体放电灯的放电电弧，
图2示出了将高发光效力最优化的无汞气体放电灯的放电电弧，
图3示出了没有线性重叠的基本模式，
图4示出了具有线性重叠的基本模式，
图5示出了没有重叠的圆形的基本模式，
图6示出了在行或列布置了重叠的圆形的基本模式，
图7示出了在行和列有圆形重叠的基本模式。
图1示出了含汞的气体放电灯的放电电弧。在放电电弧的各个端部能够看见所谓的焦点。放电电弧在两个焦点的中心具有它的最大高度。
具体实施方式
图2示出了没有结构布置的无汞气体放电灯的放电电弧。在放电电弧的端部能够看见所谓的焦点。放电电弧在两个焦点的中心具有它的最大高度值。与有汞气体放电灯的放电电弧相比，放电电弧具有窄得多的、更强烈的弯曲形状。很明显，放电电弧在两个焦点中心的高度远小于有汞气体放电灯的放电电弧。
图3至7示出了有利的基本模式结构。这些基本模式结构可以叠加。依靠构造模式的组合，可以形成均匀的和不均匀的结构。
根据本发明的具有外部灯泡和/或内部容器的无汞气体放电灯的制造将参考下面的实例1至3进行更加详细的说明。
实例1
激光束在外部灯泡的坯件的外表面上被引导。可替换的，激光可以在已经安装在灯头周围的外部灯泡上被引导。所使用的激光是具有10600nm波长范围的CO2激光。为了赋予玻璃表面规定的结构，在激光的下游使用扫描仪，该扫描仪根据所处理的表面以不同的方式偏转激光束。通过激光束的适当的脉动操作提供不均匀的结构布置，以便结构表面的尺寸为10mm2，并且光损失＜50流明。与没有结构布置的气体放电灯相比，具有结构布置的无汞气体放电灯的放电电弧扩散的增加大约是dD0.9mm。
实例2
激光束在内部容器(即灯头容器)的外表面被引导。所使用的激光是具有10600nm波长范围的CO2激光。为了赋予玻璃表面规定的结构，在激光的下游使用扫描仪，该扫描仪根据所处理的表面以不同的方式偏转激光束。通过激光束的适当的脉动操作提供了不均匀的结构布置，使得结构表面的尺寸为8mm2，并且光损失＜30流明。与没有结构布置的气体放电灯相比，具有结构布置的无汞气体放电灯的放电电弧扩散的增加大约是dD0.7mm。
实例3
在外部灯泡上通过喷砂提供一种结构。接下来实施火焰抛光处理以便增加大约dD0.3mm的放电电弧扩散。结构表面的尺寸为8mm2，并且光损失达到＜20流明。
所使用的测量方法将在下面说明。
光损失(流明)
在所谓的乌而伯利特球形(Ulbricht globe)光度计中测量光损失(以流明方式)。乌而伯利特球形光度计是一个具有理想的反射内涂料层的金属球，用于被固定在球中心的灯架上的灯的光通量的积分测量。所反射的光入射到被布置在理想的反射屏后面的光电元件上，该反射屏避免光直接入射到光电元件上。所使用的球体具有0.8m的直径。瓦特计和色度计被连接。与对应的未构造的灯对比，预备阶段的性能，也就是根据本发明的无汞气体放电灯在打开之后的前5秒钟期间发射的光量，以图表方式显示在测量PC上。所有的检测结果都涉及稳态，除非指明情况相反，也就是涉及在额定功率3分钟之后并且达到恒定温度之后进行的测量。
放电电弧扩散(mm)
在根据本发明构造的无汞气体放电灯和对应的不具有结构的无汞气体放电灯中测量放电电弧扩散(mm)：在每种情况下，测量在两个电极之间的光心长度范围内的放电电弧中那些在放电电弧的上部边缘和下部边缘处具有20％的最大相对发光强度的点的距离。测量是根据1996年4月15日联合国经济通信(UNECE)，第99号规章“关于批准用于动力传动车辆的已批准的气体放电灯单元的气体放电光源的统一规定”实施的。
dD＝放电电弧扩散(发明的结构)-放电电弧扩散(不具有结构)
dD＝放电电弧扩散的增加
放电电弧扩散(发明的结构)＝根据本发明构造的无汞气体放电灯的电弧扩散(mm)
放电电弧扩散(不具有结构)＝相同的但是未经构造的无汞气体放电灯的放电电弧扩散(mm)。
放电电弧曲率
放电电弧扩散(mm)是这样测量的：对于根据本发明的具有结构布置的无汞气体放电灯，以及对应的不具有结构的无汞气体放电灯，在光心长度范围内，每次测量放电电弧中的最亮点到电极对称线的距离。测量是根据1996年4月15日联合国经济通信(UNECE)，第99号规章“关于批准用于动力传动车辆的已批准的气体放电灯单元的气体放电光源的统一规定”实施的。
dK＝放电电弧曲率(不具有结构)-放电电弧曲率(发明的结构)
dK＝放电电弧曲率的减少
放电电弧曲率(发明的结构)＝具有根据本发明的结构布置的无汞气体放电灯的放电电弧曲率(mm)
放电电弧曲率(不具有结构)＝相同的但是不具有结构布置的无汞气体放电灯的放电电弧曲率(mm)。

Claims (10)

1.具有内部容器和外部灯泡的无汞气体放电灯，其特征在于：内部容器和/或外部灯泡包括一个结构布置，该结构布置包括一个结构模式，该结构模式包括线，点，圆，矩形，多边形，线、点、圆、矩形、多边形的组合，和/或线、点、圆、矩形、多边形的叠加，由此这样制造该结构布置，使得与对应的不具有结构布置的气体放电灯相比，具有所述结构布置的无汞气体放电灯的放电电弧扩散增加dD0.01mm至1.5mm，以及
与不具有结构布置的气体放电灯相比，具有结构布置的无汞气体放电灯的光损失达到≤90流明并且≥5流明。
2.如权利要求1所述的无汞气体放电灯，其特征在于：这样制造该结构布置，使得与对应的不具有结构布置的气体放电灯相比，具有结构布置的无汞气体放电灯的放电电弧曲率减少dK0.01mm至dK0.5mm。
3.如权利要求1所述的无汞气体放电灯，其特征在于：无汞气体放电灯是无汞高压气体放电灯。
4.如权利要求1所述的无汞气体放电灯，其特征在于：内部容器和/或外部灯泡是从包括玻璃和/或陶瓷材料的组中选择的材料制造的。
5.如权利要求1所述的无汞气体放电灯，其特征在于：内部容器和/或外部灯泡在其背向放电电弧的外表面上、在其面向放电电弧的内表面上、和/或在容器或灯泡材料本身中具有结构布置。
6.如权利要求1所述的无汞气体放电灯，其特征在于：内部容器和/或外部灯泡包括均匀的和/或不均匀的结构布置，该结构布置由激光处理、喷砂、表面蚀刻、表面开槽和/或粗加工来形成。
7.如权利要求1所述的无汞气体放电灯，其特征在于：内部容器和/或外部灯泡包括均匀的和/或不均匀的结构布置，该结构布置由激光处理、喷砂、表面蚀刻、表面开槽和/或粗加工来形成，并且通过火焰抛光来抛光。
8.如权利要求1所述的无汞气体放电灯，其特征在于：结构布置覆盖2mm2到12mm2的表面面积。
9.如权利要求1所述的无汞气体放电灯，其特征在于：结构布置覆盖2mm2到12mm2的表面面积，所述表面被布置在放电电弧的最亮点上。
10.如权利要求1至9中任一项所述无汞气体放电灯的应用，用于机动车辆中的照明目的。
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