CN101802968B - 直流放电灯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流放电灯，其具有阳极(10)和阴极(12)，它们在用填充气体填充的放电容器中以彼此间预先确定的距离(r)对置地设置，其中电功率(P)能够被施加到阳极(10)和阴极(12)上用于产生气体放电，其中至少在阳极(10)和阴极(12)之间的距离(r)、电功率(P)和阳极(10)的几何结构彼此匹配，使得在直流放电灯的发热状态中阳极(10)的表面(24)的朝向阴极(12)的区域(22)是能够流动的。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有阳极和阴极的直流放电灯。
背景技术
这种直流放电灯已经可以从现有技术中作为已知的技术而获得，并且包括阳极和阴极，它们在用填充气体填充的放电容器中以彼此间预先确定的距离对置地设置。为了产生光，可以将电功率施加到阳极和阴极上，由此使得在光弧的区域中形成气体放电。
在已知的直流放电灯中不利的是，在此出现如下情况：该直流放电灯的使用寿命明显受到放电容器的变黑的限制。该变黑是由于在直流放电灯的工作期间在发热状态中阳极的朝向阴极的表面的几何形状变化而形成的。在此，导致形成局部的生长物，该生长物导致光弧附着(Ansatz)的集中。在该附着部位出现非常高的温度，该温度导致阳极材料的蒸发增大。被蒸发的阳极材料随后沉积在放电容器内侧并且导致所述的变黑。
发明内容
因此本发明的任务是，提出一种开头所述类型的直流放电灯，其具有放电容器的减少的变黑并且由此具有更长的寿命。
该任务通过根据本发明的实施例提供的直流放电灯来解决。特别地，根据本发明的实施例的直流放电灯具有阳极和阴极，它们在用填充气体填充的放电容器中以彼此间预先确定的距离对置地设置，其中电功率能够被施加到阳极和阴极上用于产生气体放电。该直流放电灯的特征在于，至少在阳极和阴极之间的距离、电功率和阳极的几何形状彼此匹配，使得在直流放电灯的发热状态中阳极的表面的朝向阴极的区域是能够流动的。阳极从朝向阴极的表面出发具有至少5mm的长度。通过这种方式，阳极在发热状态中用作热学上的储热器，由此保证了朝向阴极的表面的尽可能均匀的温度。至少在直流放电灯的发热状态中通过如下关系来给出W为单位的电功率和mm为单位的在阳极与阴极之间的距离的商Q：
b1＊A2+b2＊A+b3＜Q＜a1＊A2+a2＊A+a3
其中
a1＝-0.0001W＊mm-7；
a2＝0.42W＊mm-4；
a3＝687W＊mm-1；
b1＝-0.0003W＊mm-7；
b2＝0.8967W＊mm-4；并且
b3＝88W＊mm-1，
A表示从朝向阴极的表面出发在开始的5mm长度上的单位为mm3的阳极的体积。这保证了直流放电灯在如下区域中的工作：在该区域中在具有足够长的阳极的直流放电灯中一方面实现了所需的流动能力，并且另一方面实现了可靠地降低在该表面区域中的阳极材料的蒸发。
根据本发明，具有放电容器的减少的变黑并且由此具有更长的寿命的直流放电灯通过如下方式来实现：至少在阳极和阴极之间的距离、电功率和阳极的几何形状彼此匹配，使得在直流放电灯的发热状态中阳极表面的朝向阴极的区域是可流动的。换言之，在直流放电灯的工作期间，通过将至少所述参数匹配有目的地产生阳极材料在其朝向阴极的表面区域中的可流动状态，使得在工作期间形成的表面的变形通过材料的随后流动来自动补偿，并且保证了平衡的阳极台地(Anodenplateau)。通过这种方式，可靠地防止了在相关的高温的情况下形成局部的生长物，使得引起显著降低阳极材料的蒸发。直流放电灯由此由于阳极的自愈合能力而具有放电容器的明显更少的变黑并且具有相应变长的寿命。
在本发明的一个有利的扩展方案中设计的是，至少在阳极和阴极之间的距离、电功率和阳极的几何形状彼此匹配，使得在直流放电灯的发热状态中阳极表面的朝向阴极的区域具有最高为10-6mPas并且优选最高为10-8mPas的流度。通过对流度的这种限制，保证了阳极的材料在直流放电灯的工作期间具有足够高的粘度并且在增大的或者常见的力作用下也不会在宏观上变形。直流放电灯由此例如也可以用于车辆等等的照明设备。
在本发明的另一有利的扩展方案中设计的是，阳极至少在朝向阴极的表面区域中由掺杂的和/或未掺杂的钨构成。由于钨的高的蒸发温度和化学耐抗性，可以附加地延长直流放电灯的寿命。根据直流放电灯的所希望的发光特征，在此可以设计掺杂的和/或未掺杂的钨。在此，还可以设计的是，除了电极距离、电功率和阳极几何形状这些参数之外也可以考虑阳极的相应材料的典型特性。
在此，此外证明为有利的是，阳极至少沿着朝向阴极的纵向区域旋转对称地构建。这允许在直流放电灯的发热状态期间在阳极的表面上形成大面积的并且持续稳定的“熔融湖”。通过光弧的大面积的和均匀的附着，由此可靠地避免了出现在阳极材料的相应蒸发温度之上的工作温度。
附图说明
下面借助实施例进一步阐述本发明。其中：
图1示出了根据一个实施例的直流放电灯的示意性的且部分剖切的侧视图；以及
图2示出了图1中所示的直流放电灯的阳极的温度特性和弧温度之间的关联的示意图。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施例的、这里构建为氙-短弧灯的直流放电灯的示意性的且部分剖切的侧视图。该直流放电灯在此包括阳极10和阴极12，它们在用氙气填充的放电容器中以相对于彼此预先确定的距离r对置地设置。阳极10在此具有长度l，该长度例如可以根据直流放电灯的瓦特数在15mm到50mm之间选择。阳极10和阴极12此外通过关联的连接元件16a、16b与相应的灯头元件20a、20b耦合，这些连接元件通过直流放电灯的气密地封闭的杆管18a、18b来引导。为了产生气体放电或者为了形成光弧，可以通过灯头元件20a、20b将电功率P施加到阳极10和阴极12上。阳极10以及阴极12都是旋转对称地构建的并且二者在该实施例中都由钨构成。为了在直流放电灯的工作期间保证放电容器的减少的变黑并且同时保证延长的寿命，在阳极10和阴极12之间的距离r、电功率P和阳极10的几何形状彼此匹配，使得在直流放电灯的发热状态中阳极10的表面24的朝向阴极12的区域22可流动。通过这种方式，在工作期间形成的表面24的不平坦由于阳极10的材料的随后流动而自动地又被补偿，由此显著地降低了出现温度尖峰以及与此关联的阳极10的材料的蒸发。在此可以可选地设置的是，在直流放电灯的给定的几何构型中，尤其是在距离r以及阳极10的几何形状的给定的几何构型中，电功率P相应地匹配或者调节，以便有针对性地保证区域22的所希望的可流动性。反过来，在给定的电功率P的情况下，可以相应地设计直流放电灯的几何构型，以便实现所希望的可流动性。通过这种方式，可以在考虑直流放电灯的所希望的发光特征的情况下分别保证最佳的距离r以及阳极10的最佳几何构型，以及必要时阴极12的最佳几何构型。由此，与现有技术不同，无需附加的阳极10的涂层或者强制降低电功率P。替代所示的作为氙-短弧灯的构型，也可以替选地设计本领域技术人员熟悉的直流放电灯的构型变形方案。
图2示出了图1所示的直流放电灯的阳极10的温度特性和弧温度之间的关联的示意图。与直流放电灯的能量输送对应的弧温度在此的特征在于在直流放电灯的发热状态中W为单位的电功率P和mm为单位的阳极10和阴极12之间的距离r的商Q[W/mm]。与直流放电灯的能量损耗对应的阳极的温度特性的特征在于在表面24的区域22中的材料量以及由此特征在于阳极10的从朝向阴极12的表面24出发在开始的5mm长度(1/2)上的体积A[mm3]。所绘出的符号菱形、矩形和三角形对应于不同的实际的灯的参数Q、A。在此，通过两个多项式的平衡曲线IIa和IIb来形成合适的参数范围的边界，在该参数范围中保证了具有所希望的区域22的可流动性的表面24的最佳温度以及与其关联的放电容器的最少变黑。上部的平衡曲线IIb在此通过下式描述：
Q＝a1＊A2+a2＊A+a3
其中
a1＝-0.0001W＊mm-7；
a2＝0.42W＊mm-4；并且
a3＝687W＊mm-1，
下部的平衡曲线IIa通过下式来描述：
Q＝b1＊A2+b2＊A+b3
其中
b1＝-0.0003W＊mm-7；
b2＝0.8967W＊mm-4；并且
b3＝88W＊mm-1。
在平衡曲线IIb之上的范围中，由于过高的能量输入而出现阳极10的不希望的熔化、光弧的不稳定以及阳极10的材料的增大的蒸发。在平衡曲线IIa之下的范围中，相反在阳极10的表面24上没有实现足够的可流动性并且由此没有实现持续稳定的“熔融湖”，使得在工作期间形成的表面24的不平坦不可能愈合。只有其参数Q和A在基本上由两个平衡曲线IIa和IIb限制的中间范围中的灯表现出良好的工作特性。
Claims (5)
1.一种直流放电灯，具有阳极(10)和阴极(12)，它们在用填充气体填充的放电容器中以彼此间预先确定的距离对置地设置，其中电功率能够被施加到阳极(10)和阴极(12)上用于产生气体放电，
其特征在于，
至少在阳极(10)和阴极(12)之间的距离、电功率和阳极(10)的几何形状彼此匹配，使得在直流放电灯的发热状态中阳极(10)的表面(24)的朝向阴极(12)的区域(22)是能够流动的；
阳极(10)从朝向阴极(12)的表面(24)出发具有至少5mm的长度；以及
至少在直流放电灯的发热状态中通过如下关系来给出W为单位的电功率和mm为单位的在阳极(10)与阴极(12)之间的距离的商Q：
b1＊A2+b2＊A+b3＜Q＜a1＊A2+a2＊A+a3
其中
a1＝-0.0001W＊mm-7；
a2＝0.42W＊mm-4；
a3＝687W＊mm-1；
b1＝-0.0003W＊mm-7；
b2＝0.8967W＊mm-4；并且
b3＝88W＊mm-1，
A表示从朝向阴极(12)的表面(24)出发在开始的5mm长度上的单位为mm3的阳极(10)的体积。
2.根据权利要求1所述的直流放电灯，其特征在于，至少在阳极(10)和阴极(12)之间的距离、电功率和阳极(10)的几何形状彼此匹配，使得在直流放电灯的发热状态中阳极(10)的表面(24)的朝向阴极(12)的区域(22)具有最高为10-6mPas的流度。
3.根据权利要求2所述的直流放电灯，其特征在于，至少在阳极(10)和阴极(12)之间的距离、电功率和阳极(10)的几何形状彼此匹配，使得在直流放电灯的发热状态中阳极(10)的表面(24)的朝向阴极(12)的区域(22)具有最高为10-8mPas的流度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的直流放电灯，其特征在于，阳极(10)至少在表面(24)的朝向阴极(12)的区域(22)中由掺杂的和/或未掺杂的钨构成。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的直流放电灯，其特征在于，阳极(10)至少沿着朝向阴极(12)的纵向区域旋转对称地构建。
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