CN101194343B - 紧凑的高压放电灯及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
高压放电灯具有外部管泡(1)，其中安装着放电管(11)，它包围一个内部有可电离的填充料的放电空间(13)。放电管具有两个互相面对的颈状部分(4，5)，电流供应导体(4，5)通过这两个颈状部分延伸到放电空间(13)中的一对电极(6，7)。由电绝缘材料制成的灯底座(8)支持放电管。灯底座(8)还支持外部管泡。具有等于或小于2毫升体积的外部管泡包围电流供应导体以及以气密方式连接到灯底座。在外部管泡中提供吸气剂(10)，用来在封闭放电灯后在放电灯工作之前从外部管泡抽出剩余的氮，吸气剂(10)包括至少2.5mbar.ml的氮。优选地，吸气剂包括锆与铝的合金、或锆与钴的合金。
Description
技术领域
本发明涉及包括外部管泡的高压放电灯，在该管泡中安装着放电管，该放电管以气密方式包围一个内部有可电离的填充料的放电空间。
本发明还涉及制造高压放电灯的方法。
背景技术
范围从35到150瓦的高压放电灯已成为零售应用照明中的主角。已呈现出将范围延伸朝向较低的流明组件(lumen package)和/或较低的瓦数而创建积极的条件的趋势。例如在高级商店中正在使用较低的照明水平，把灯光集中在货物上，而不是对区域作泛光照明。商场的最终用户变得越来越感兴趣于均匀的照明质量，以及在低流明组件和加强照明方面宁愿采用高压放电灯，而不使用卤素灯。
通常，在开头段落中提到的这种高压放电灯或者是带有陶瓷壁的放电管或者具有石英玻璃放电管。这样的高压放电灯在实践中被广泛使用并组合了高光照效率与良好的显色特性。灯的放电管除了Hg和稀有气体填充料以外还含有一种或几种金属卤化物。
发明内容
在本说明和权利要求中放电管的陶瓷壁被理解为由以下材料之一制成的壁：单晶金属氧化物(例如，蓝宝石)、半透明的密集烧结多晶金属氧化物(例如，Al2O3，YAG)、和半透明的密集烧结多晶金属氮化物(例如，AlN)。
在开头段落中提到的这种灯是从德国专利申请D-EA 33 24 081中获知的。如果放电管由高质量真空包围，则低功率消耗小于80瓦的已知的高压放电灯的热聚集可以大大地改进。高质量真空至少是5.10-5Pa，以及它是由其出口方向指向灯脚部分的轰击吸气剂产生的。
已知的高压放电灯的缺点在于，放电灯的制造是相当复杂的。
本发明的目的是整个地或部分地消除以上的缺点。按照本发明，为此目的而在开头段落中提到的这种高压放电灯包括：
-一个外部管泡，其中围绕纵向轴安装着放电管，
-该放电管以气密方式包围一个内部设置有可电离的填充料的放电空间，
-该放电管具有第一和第二互相面对的颈状部分，第一和第二电流供应导体分别通过这两个颈状部分延伸到安装在放电空间中的一对电极，
-一个由电绝缘材料制成的灯底座，用来经由第一和第二电流供应导体而支持放电管，
-该灯底座也支持外部管泡，
-该外部管泡包围第一和第二电流供应导体，
-在外部管泡中提供的吸气剂，用于在工作寿命期间控制外部管泡中的气体，
-该外部管泡体积等于或小于2毫升，
-该吸气剂包括至少2.5mbar.ml的氮。
在高压放电灯制造期间，在外部管泡中建立基本上是氮的气氛。作为下一个步骤，外部管泡以气密方式被密封。在密封外部管泡后和在点燃放电灯之前，通过激活吸气剂而去除外部管泡中剩余的氮。吸气剂与剩余的氮结合，在外部管泡中产生真空，足以保证高压放电灯在工作寿命期间灯的正常运行。通过控制在外部管泡或外部灯泡中的气体，电流供应导体被很好地保护以避免氧化。
在已知的放电灯中，外部管泡备有(玻璃)排气管，用于从外部管泡抽出剩余的气体。为了在外部管泡中得到想要的真空条件，需要相当长的抽气时间。一旦在外部管泡中达到所需的真空(水平)，排气管就被密封。另外，配备有尖端断开的(tipped off)排气管的外部管泡使得高压放电灯具有不理想的外观。实际上，对于相对较小的灯，要去除剩余气体看来是相对较困难的，特别是对于具有体积等于或小于2毫升的外部管泡的灯。
在按照本发明的高压放电灯中，外部管泡的“抽气”是通过激活在外部管泡中的吸气剂而达到的。这种抽气可以在放电灯进行工作之前以相对较短的时间完成。通过应用吸气剂，抽气机制比起传统的抽吸方式可以更有效地和更快速地完成。以后，吸气剂对于在灯工作期间可能被释放的氢保持有效。吸气剂的有效性可以通过使用热传导管(conductivity cell)与气体分析(质谱测量术)相组合以测量在激活后吸气剂材料的氮含量而进行检测。典型地，在激活前接收的材料中，吸气剂基本上没有氮。在如上所述地激活后，吸气剂的氮含量至少是2.5mbar.ml的氮。
在按照本发明的高压放电灯的优选实施例中，吸气剂包括至少5mbar.ml氮。这样，在外部管泡中可达到这样的真空条件以保证高压放电灯的长寿命。
使用为抽空外部管泡的吸气剂避免在高压放电灯上提供尖端断开的玻璃排气管。为此，按照本发明的高压放电灯的优选实施例的特征在于，外部管泡没有密封的排气管。
通过在高压放电灯制造期间在外部管泡中提供与氮结合的吸气剂，可以制成简化的和紧凑的高压放电灯。尤其是，高压放电灯的长度可以大大地减小。
按照本发明的高压放电灯的优选实施例的特征在于，吸气剂材料是从由钇、钽、铌、钛、钍、铪、锆、和钒所形成的组中选择的。这些材料在吸气剂激活期间的相对较高的温度下有效地与氮结合。优选地，吸气剂包括锆与铝的合金、或锆与钴的合金。这些锆与铝或与钴的合金有效地与氮结合。
安装吸气剂的非常适当的地方是接近放电管和接近外部管泡的中心。为此，在按照本发明的高压放电灯的有利的实施例中，吸气剂被提供到一个被连接到第二供电导体和靠在放电管旁边延伸的连接导体上。
在按照本发明的高压放电灯的优选实施例中，灯底座包括一个管子，用于在制造高压放电灯期间向外部管泡中提供氮气。这具有下列优点：在外部管泡中的气氛可以在放电管和外部管泡被安装在高压放电灯的灯底座上后经由管道而得到控制。
按照本发明的高压放电灯的优选实施例的特征在于，灯底座由石英玻璃、硬质玻璃、软质玻璃或陶瓷材料制成。优选地，灯底座是烧结体，优选地是，玻璃、玻璃-陶瓷、或陶瓷体。优选地，底座是稍带颜色的白色，以便把多余的光反射成有用的光束角度，这有效地增加灯的发光效能。优选地，灯底座具有平板的形状。
灯底座可以在高的尺度精度下被制造。它在灯底座在面对远离放电管的表面是平面时是有利的。这个表面可贴靠在(灯的)支架例如底盘上而安装，因此是一个合适的表面以用作为放电管位置的基准。
按照本发明的高压放电灯的优选实施例的特征在于，外部管泡藉助于瓷釉而被固定在灯底座。优选地，瓷釉以事前成形的环的形式被提供。使用事前成形的环将大大地简化高压放电灯的制造。
按照本发明的高压放电灯具有优点：当灯工作时，放电管具有光学上非常紧凑的实际的尺寸，这使得灯特别适用于紧凑的发光体。
本发明还涉及制造高压放电灯的方法。按照本发明，制造高压放电灯的方法，
高压放电灯包括：
-一个外部管泡，其中围绕纵向轴安装着有放电管，
-该放电管以气密方式包围起一个内部有可电离的填充料的放电空间，
-该放电管具有第一和第二互相面对的颈状部分，第一和第二电流供应导体分别通过这两个部分延伸到被安装在放电空间中的一对电极，
-一个由电绝缘材料制成的灯底座，用来经由第一和第二电流供应导体而支持放电管，
-该灯底座也支持外部管泡，
-外部管泡包围第一和第二电流供应导体，
-在外部管泡中提供的吸气剂，用于在工作寿命期间控制外部管泡中的气体，外部管泡体积等于或小于2毫升，
方法包括：
-激活该吸气剂，以用于减小在外部管泡中氮的量，
-在激活后吸气剂包括至少2.5mbar.ml的氮。
在高压放电灯制造期间，在外部管泡中建立主要包括氮的气氛。作为下一个步骤，外部管泡被气密地密封。在密封外部管泡后和在放电灯被点火之前，吸气剂被激活，吸气剂减小外部管泡中氮的量。吸气剂与剩余的氮结合，并在外部管泡中产生真空，足以保证在高压放电灯在工作寿命期间灯的正常运行。通过控制在外部管泡或外部灯泡中的气体，电流供应导体得到很好保护以避免氧化。
在制造高压放电灯的方法中，外部管泡的“抽气”是通过激活在外部管泡中的吸气剂而达到的。这种抽气可以在相对较短的时间内完成。已经进行过小型的吸气剂的测试：在密封后，剩余的氮是通过电感加热以激活吸气剂而被去除的。已经确定，在激活吸气剂约半分钟内所有的氮就可被去除。以后，吸气剂对于在灯工作期间可能释放的氢保持有效的。吸气剂的有效性可以通过使用热传导管测量在激活后吸气剂材料的氮含量而被检测。典型地，在激活前接收的材料中，吸气剂基本上没有氮。在如上所述地激活后，吸气剂的氮含量至少是2.5mbar.ml的氮。
制造高压放电灯的方法的优选实施例的特征在于，在激活后，吸气剂包括至少是5mbar.ml的氮。这样，在外部管泡中达到这样的真空条件足以保证高压放电灯的长寿。
在制造高压放电灯的方法的优选实施例中，吸气剂的材料是从由钇、钽、铌、钛、钍、铪、锆、和钒形成的组中选择的。
附图说明
现在参照多个实施例和附图更详细地说明本发明，其中：
图1A示意地显示按照本发明的高压放电灯；
图1B是如图1A所示的高压放电灯的截面图；以及
图2显示按照本发明的高压放电灯的替换实施例。
这些图纯粹是示意图，不是按比例画出的。某些尺寸为了清晰起见被特别严重地夸大。等效的部件在图上被给予尽可能相同的标号。
具体实施方式
图1A显示按照本发明的高压放电灯的艺术家印象。图1B示意地显示如图1A所示的高压放电灯的截面。高压放电灯包括围绕纵向轴22安装的放电管11。放电管11以气密方式包围起一个内部有包括汞、金属卤化物和稀有气体的可电离填充料的放电空间13。在图1A和1B的例子中，放电管11具有第一颈状的部分2，和第二个互相面对的颈状的部分3，第一电流供应导体4和第二电流供应导体5分别通过这两个部分延伸到被安装在放电空间13中的一对两个电极6，7。高压放电灯还配备有由电绝缘材料制成的灯底座8。灯底座8经由第一和第二电流供应导体4，5而支持放电管11。灯底座8还支持具有2.0毫升的体积的外部灯泡或外部管泡1。在图1A和1B的例子中，灯底座8配备有被连接到第一电流供应导体4的第一接触部件14。另外，灯底座8配备有第二接触部件15，它经由靠在放电管11旁边延伸的连接导体16而被连接到第二电流供应导体5。
在替换实施例中，至少一个接触部件由在灯底座中的一个穿透馈送管形成，以允许电流供应导体之一被固定在所述穿透馈送管中。或者在灯座中可提供两个穿透馈送管。在这些穿透馈送管中的固定可以通过电阻焊、激光焊或卷边而完成。使用穿透馈送管而不用接触部件的优点是，可得到在高压放电灯的纵向轴上放置放电管的更多的自由度。这还可改进放电管在高压放电灯的外部管泡中的精确定位。
外部管泡1以气密方式被连接到灯底座8。通过控制外部管泡中的气氛，电流供应导体4，5被很好地保护免得氧化。通过阻止电流供应导体4，5的氧化，电流供应导体4，5可被放置得相对较接近放电管11。通过控制外部管泡中的气氛，可以避免压力密封和/或尖端断开的(石英)平面形成(tabulation)，导致简化的和紧凑的高压放电灯。优选地，在高压放电灯制造期间在灯底座8上提供一个用于在外部管泡1中提供氮气体的管道18。在封闭管道18后，氮气氛保持在外部管泡1中。在已知的放电灯中，外部管泡配备有(玻璃)排气管，用于从外部管泡中排出剩余的气体。为了在外部管泡中得到所需的真空条件，需要相对较长的抽气时间。一旦在外部管泡中达到所需的真空(水平)时，排气管就被封闭。另外，配备有尖端断开的排气管的外部管泡使高压放电灯具有不理想的外观。如果灯底座8中的管道18由金属或由NiFeCr合金制成，则是有利的。
在按照本发明的高压放电灯中，外部管泡1的“抽气”是通过激活在外部管泡1中所含有的10mg的量的吸气剂材料的吸气剂10而达到的。这种抽气可以在放电灯投入工作之前在相对较短的时间内完成。以后，吸气剂10对于在灯工作期间可能被释放的氢保持有效。在如上所述地激活后，吸气剂10的氮含量至少是2.5mbar.ml氮。
安放吸气剂10的非常适当的地方是接近放电管和接近外部管泡的中心。优选地，吸气剂10被提供到一个被连接到第二供应导体5和靠在放电管11的旁边延伸的连接导体16上。
优选地，吸气剂材料是从由钇、钽、铌、钛、钍、铪、锆、和钒形成的组中选择的。这些材料在吸气剂激活期间的温度(750-900℃)下有效地与氮结合。在非常有利的实施例中，吸气剂包括10mg的锆与铝的合金、或锆与钴的合金作为吸气剂材料。这些锆与铝或与钴的合金有效地与氮结合。用于吸气剂10的适合的工作的材料是Zr-Al(来自SAES的St101)和锆与钴混合的金属合金(来自SAES的St787)。典型地，在激活前接收的材料中，发现小于1mbar.ml氮；在激活后，含量典型地是20mbar.ml氮(在2毫升的体积中10mbar N2)。
灯底座8优选地由石英玻璃、硬质玻璃、软质玻璃或陶瓷材料制成。另外，灯底座8被提供为烧结体，优选地，烧结的陶瓷体。优选地，灯底座8具有平板的形式。灯底座8可以以高的尺寸精度被制造。灯底座8具有附加优点：它可被制成浅色，例如白色或浅灰色。通过采用具有浅色的材料，由放电管11发射的光将被反射成有用的光束角度，由此，增加高压放电灯的发光效能或总的效率。由此防止损失掉入射到灯底座8的光，它藉助于反射器能形成光束。另外，它当灯底座8在远离放电管11的那个表面处具有(平的)平面时是有利的。这个表面可贴靠在(灯的)支架，例如底盘，例如反射器上安装，因此是一个合适的表面以用作为放电管11的位置的基准。在另一个有利的实施例中，面对放电管的灯底座的表面具有中心突出部分，它在高压放电灯制造期间用于为放电管11以及瓷釉环相对于灯底座8环找准中心。
优选地，外部管泡由石英玻璃、硬质玻璃、或软质玻璃制成。优选地外部管泡1藉助于(玻璃)烧结瓷釉被固定在灯底座8。瓷釉以事前成形的环的形式被提供是有利的。使用事前成形的环将大大地提高在高压放电灯制造期间放电管11的定位的精度。瓷釉的选择取决于外部管泡1的材料和取决于灯底座8的材料。
在图1A和1B的例子中，提供基本上圆柱形的外部管泡1。图2显示按照本发明的高压放电灯的替换实施例，其中放电管11由石英制成。在这个实施例中，在放电空间中的可电离的填充料包括汞、金属卤化物和稀有气体。在图2的例子中，提供的部分外部管泡基本上是球形。
通过在高压放电灯制造期间吸气剂10与外部管泡1中的氮结合，可以制成简化的和紧凑的高压放电灯。尤其是高压放电灯的长度可以大大地减小。
应当指出，上述的实施例是说明而不是限制本发明，以及本领域技术人员将能够设计许多替换实施例而不背离所附权利要求的范围。在权利要求中，被放置在括号之间的任何标号不应当看作为限制权利要求。动词“包括”和它的变形的使用不排除除了权利要求中中阐述的以外的单元或步骤的存在。在单元前面的冠词“一个”不排除多个这样的单元的存在。本发明可以藉助于包括几个不同的单元的硬件和藉助于适当地编程的计算机被实施。在枚举几个装置的设备权利要求中，几个这些装置可以被体现为硬件的同一个项目。某些措施在互相不同的附属权利要求中被阐述的事实不表示这些措施的组合不能被使用来获益。
Claims (14)
1.一种高压放电灯，包括：
-外部管泡(1)，其中围绕纵向轴(22)安装着放电管(11)，
-该放电管(11)以气密方式包围内部设置有可电离的填充料的放电空间(13)，
-该放电管(11)具有互相面对的第一颈状部分(2)和第二颈状部分(3)，第一电流供应导体(4)和第二电流供应导体(5)分别通过这两个颈状部分延伸到安装在放电空间(13)中的一对电极(6，7)，
-由电绝缘材料制成的灯底座(8)，用来经由第一和第二电流供应导体(4，5)支持放电管(11)，
-该灯底座(8)还支持外部管泡(1)，
-外部管泡(1)包围第一和第二电流供应导体(4，5)，
-在外部管泡(2)中提供的吸气剂(10)，在密封该管泡后并在点燃高压放电灯之前，通过激活吸气剂而去除外部管泡中剩余的氮，用于在工作寿命期间控制外部管泡内的气体，外部管泡具有等于或小于2毫升的体积，
-该吸气剂(10)包括至少2.5mbar.ml的氮。
2.如在权利要求1中要求的高压放电灯，其特征在于，吸气剂(10)包括至少5mbar.ml的氮。
3.如在权利要求1或2中要求的高压放电灯，其特征在于，吸气剂(10)的材料是从由钇、钽、铌、钛、钍、铪、锆、和钒形成的组中选择的。
4.如在权利要求1或2中要求的高压放电灯，其特征在于，吸气剂(10)包括锆与铝的合金、或锆-钴-混合金属合金。
5.如在权利要求1或2中要求的高压放电灯，其特征在于，吸气剂(10)被提供到被连接到第二供应导体(5)和靠在放电管(11)旁边延伸的连接导体(16)上。
6.如在权利要求1或2中要求的高压放电灯，其特征在于，外部管泡(1)没有密封的排气管。
7.如在权利要求1或2中要求的高压放电灯，其特征在于，灯底座(8)包括管子(18)，用于在制造高压放电灯期间向外部管泡(1)提供氮气。
8.如在权利要求7中要求的高压放电灯，其特征在于，该管子由金属制成或由NiFeCr合金制成。
9.如在权利要求1或2中要求的高压放电灯，其特征在于，灯底座(8)由石英玻璃、硬质玻璃、软质玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷材料制成。
10.如在权利要求1或2中要求的高压放电灯，其特征在于，外部管泡(1)借助于瓷釉而固定到灯底座(8)上。
11.一种制造高压放电灯的方法，该紧凑的高压放电灯包括：
-外部管泡(1)，其中围绕纵向轴(22)安装着放电管(11)，
-该放电管(11)以气密方式包围内部有可电离的填充料的放电空间(13)，
-该放电管(11)具有互相面对的第一颈状部分(2)和第二颈状部分(3)，第一电流供应导体(4)和第二电流供应导体(5)分别通过这两个部分延伸到安装在放电空间(13)中的一对电极(6，7)，
-由电绝缘材料制成的灯底座(8)，用来经由第一和第二电流供应导体(4，5)而支持放电管(11)，
-该灯底座(8)还支持外部管泡(1)，
-该外部管泡(1)包围第一和第二电流供应导体(4，5)，
-在外部管泡(2)中提供的吸气剂(10)，在密封该管泡后并在点燃高压放电灯之前，通过激活吸气剂而去除外部管泡中剩余的氮，用于在工作寿命期间控制外部管泡内的气体，外部管泡具有等于或小于2毫升的体积，
该方法包括：
-激活该吸气剂(10)，以用于减小在外部管泡(1)中氮的量，
-在激活后吸气剂(10)包括至少2.5mbar.ml的氮。
12.如在权利要求11中要求的、制造高压放电灯的方法，其特征在于，吸气剂(10)是从由钇、钽、铌、钛、钍、铪、锆、和钒形成的组中选择的。
13.如在权利要求11或12中要求的、制造高压放电灯的方法，其特征在于，吸气剂(10)是通过感应加热而被激活的。
14.如在权利要求11或12中要求的、制造高压放电灯的方法，其特征在于，吸气剂(10)在放电灯工作寿命期间作为氢的吸气剂是有效的。
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