CN102687235B - 具有减少的卤化锌含量的无汞的高压放电灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有气密封闭的放电容器（10）的用于汽车前照灯的高压放电灯，所述放电容器具有放电空间（106），在所述放电空间中包含电极（11、12）和用于产生气体放电的填充物，其中填充物构成为无汞的填充物，其包括至少氙以及钠的、钪的、和锡的卤化物，其中填充物具有0mg至1mg每1cm³放电空间容积范围内的卤化锌含量，并且存在于放电容器（10）的放电空间（106）中的卤化物的量位于8mg至15mg每1cm³放电空间容积的范围内，氙的冷填充压力位于1.0兆帕斯卡至1.8兆帕斯卡的范围内，并且放电容器（10）的放电空间（106）的容积具有在0.015cm³至0.022cm³范围内的数值。

Description

具有减少的卤化锌含量的无汞的高压放电灯

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的高压放电灯。

背景技术

例如在EP 1 351 276 A2中公开了这种类型的高压放电灯。所述文献描述了具有无汞填充物的用于汽车前照灯的高压放电灯，所述无汞填充物具有在2mg至6mg每1cm³放电容器容积的范围内的碘化锌含量。

专利文献US 7,126,281 B1描述了一种用于汽车前照灯的高压放电灯，其具有大约35瓦特的电功率消耗和无汞填充物，所述无汞填充物包括氙以及金属钠的、钪的、铟的和锌的卤化物。

填充物的锌成分代替了之前所使用的汞并且需要用于调节高压放电灯的所谓的燃弧电压。术语“燃弧电压”表示在其点燃阶段和启动阶段结束并且达到其准稳态工作状态之后的高压放电灯的工作电压，在所述准稳态工作状态中所有填充物成分以气态存在。但是，在填充物中使用锌成分具有下述缺点：由高压放电灯所产生的光通量随着在填充物中锌含量的增加而下降。

发明内容

本发明的目的是，提供一种不具有前述缺点的高压放电灯。特别地，应该提供一种具有无汞填充物的高压放电灯，所述高压放电灯具有与上面所引用的现有技术相比减少的电功率消耗和类似的燃弧电压以及产生对于作为光源使用在汽车前照灯中而言足够高的光通量。

根据本发明，所述目的通过一种具有权利要求1中的特征的高压放电灯来实现。本发明尤其有利的实施形式在从属权利要求中说明。

根据本发明的高压放电灯设置为在机动车的前照灯中的光源，并且具有带有放电空间的气密封闭的放电容器，在所述放电空间中包括电极和用于产生气体放电的填充物，其中填充物构成为无汞填充物，所述无汞填充物包括至少氙以及钠的、钪的和锌的卤化物。根据本发明，填充物构成为具有减少的锌含量的填充物或构成为具有在0mg至1.0mg每1cm³放电空间容积的范围内的卤化锌含量的无锌填充物，在放电空间中的卤化物的量位于8mg至15mg每1cm³放电空间容积的范围内，氙的冷填充压力（其是在放电空间中在25摄氏度的温度下所测量的氙的压力）位于1.0兆帕斯卡至1.8兆帕斯卡的范围内，并且放电空间的容积具有在0.015cm³至0.022cm³范围内的数值。术语“无汞填充物”表示既不会将汞也不会将汞化合物引入到放电容器的放电空间中。

根据本发明，通过前述特征实现一种高压放电灯，其相对于根据现有技术的高压放电灯具有在类似的燃弧电压下减少的电功率消耗，并且产生足够高的光通量，使得所述高压放电灯适合作为在机动车前照灯中的光源。特别地，通过减少在填充物中的锌和锌的卤化物可以达到高的光通量。氙的相对高的填充压力连同放电空间小的容积和金属卤化物的配给一起促成高压放电灯的足够高的燃弧电压，使得能够放弃为了调节根据本发明的高压放电灯的燃弧电压而将汞或者汞化合物添加给根据本发明的高压放电灯的填充物。

有利地，在填充物中的卤化锌的含量大于0mg每1cm³放电空间容积，并且优选位于0.1mg至1.0mg每1cm³放电空间容积的范围内，以便确保高压放电灯的足够高的燃弧电压和光通量。在图3中示意地示出在放电空间中的卤化锌含量占卤化物量的重量百分比和高压放电灯的光通量（曲线1）以及高压放电灯的燃弧电压（曲线2）之间的关系。在水平轴线上以关于在填充物中卤化物总量的重量百分比描绘卤化锌含量。在垂直轴线上，一方面（在图3的左侧）以流明描绘高压放电灯的光通量，并且另一方面（在图3的右侧）以伏特描绘高压放电灯的燃弧电压。曲线1（实线）示出高压放电灯的光通量与在填充物中的卤化锌含量的关系，同时曲线2（虚线）说明了高压放电灯的燃弧电压与在填充物中的卤化锌含量的关系。从曲线1和2中清楚看出，随着卤化锌含量的增加，高压放电灯的燃弧电压升高并且光通量下降。

有利地，根据本发明的高压放电灯的填充物包括附加的卤化铟，其中在填充物中的卤化铟的含量小于或等于卤化物总量的3.0%的重量百分比，并且因此明显小于在填充物中的卤化钠和卤化钪的含量。在填充物中低的卤化铟含量用于以根据CIE 1931和DIN 5033的标准比色图表调节从高压放电灯中所发射的白光的色度坐标。借助在填充物中的相对低的卤化铟含量确保，根据本发明的高压放电灯产生根据标准ECE条例99的白光。较高的卤化铟含量对高压放电灯的光通量产生不利的影响。

有利地，在填充物中的卤化钠含量位于卤化物总量的30%至50%的重量百分比的范围内，并且在填充物中的卤化钪含量位于卤化物总量的30%至60%的重量百分比的范围内，以便产生具有在4000开尔文至4500开尔文的范围内的色温的根据标准ECE条例99的白光。附加地，为了调节燃弧电压，根据本发明的高压放电灯的填充物能够包括例如为卤化铥的形式的铥，其中在填充物中的卤化铥含量可以位于卤化物的10%至30%的重量百分比的范围内。在此，铥的作用与锌相似，即提高燃弧电压，但是光通量没有如在锌中一样随着铥含量的增加而如此强烈地降低。

有利地，在填充物中的卤化锌的含量小于或等于相对于卤化物的总量的6%的重量百分比。因此，能够调节足够高的燃弧电压（40V），而不由于添加锌而使光通量变小。

有利地，根据本发明的高压放电灯的放电容器在放电空间的区域中具有椭圆体形的外轮廓并且在电极之间的区域中具有圆柱形的内轮廓，其中放电容器的壁厚度的比例适用于下述关系：

1.0≤D1/D2≤1.4

并且优选甚至适用于下述关系：

1.2≤D1/D2≤1.3，

其中D1表示放电容器的在电极之间的区域中的壁厚度并且D2表示放电容器的在放电空间的端部部段中的壁厚度，在所述端部部段中设有电极。

由于上述壁厚度比例，根据本发明的高压放电灯的放电容器与根据现有技术的高压放电灯的放电容器相比具有更小的凸曲率。因此，在根据本发明的高压放电灯中例如能够借助与在根据现有技术的高压放电灯中相比相对更大的实际电极距离（借助X射线照相测量）来实现根据ECE条例99的、针对汽车前照灯所规定的4.2mm的光学的或者光学有效的电极距离。例如，在根据现有技术的高压放电灯中的实际的电极距离为3.6mm，而在根据本发明的高压放电灯中的实际的电极距离优选位于3.8mm至4.0mm的范围内。同样地，相对更大的电极距离有助于根据本发明的高压放电灯的更高的燃弧电压，使得由于所述原因，尽管减少了锌成分的量并且在填充物中弃用了汞，但仍能够达到足够高的燃弧电压。

优选地，在电极之间的区域中的放电容器具有2.0mm至2.7mm的范围内的内直径，尤其优选2.1mm和2.4mm的范围内的内直径，和5.0mm至6.0mm的范围内的外直径，尤其优选5.3mm至5.7mm的范围内的外直径。由此，放电容器在电极之间的区域中具有相对大的壁厚度，所述较大的壁厚度能够有助于改进破裂保护和放电容器的良好的热绝缘。

根据本发明的高压放电灯的电极优选构成杆形，并且具有优选0.20mm至0.30mm的范围内的直径并尤其优选0.25mm至0.27mm的范围内的直径，以便确保电极的高的载流量，使得根据本发明的高压放电灯在所谓的启动阶段期间能够以额定功率的三倍至五倍的数值工作，并且由此能够达到尽可能快速地过渡到高压放电灯的准稳态的工作状态中，其中所述启动阶段直接跟随点燃阶段并且填充物的卤化物在所述启动阶段期间蒸发。

如已在上面提及，在根据本发明的高压放电灯的填充物中的氙的冷填充压力位于1.0兆帕斯卡至1.8兆帕斯卡的范围内。然而，尤其优选的是在1.5兆帕斯卡至1.7兆帕斯卡的范围内，因为通过相对高的氙压力能够提高根据本发明的高压放电灯的燃弧电压并且借助高的氙压力已经能够直接在高压放电灯的点燃之后产生白色光。

如在上面已经提及，在根据本发明的高压放电灯的放电容器的内腔中的卤化物的量位于8毫克至15毫克每1立方厘米放电空间容积的范围内，并且放电空间容积具有0.015立方厘米至0.022立方厘米的范围内的数值。尤其优选的是，对于根据本发明的高压放电灯，卤化物量在10毫克至14毫克每1立方厘米放电空间容积的范围内并且放电空间容积在0.016立方厘米至0.019立方厘米范围内，以便实现在根据本发明的高压放电灯的准稳态的工作状态中在22瓦特至28瓦特的范围内的电功率消耗。

根据本发明的高压放电灯能够构成为，使得该高压放电灯在其工作期间产生小于或等于2000lm的光通量，以便能够将根据本发明的高压放电灯装入到不具有前照灯清洗设备的汽车前照灯中。

附图说明

接下来，根据优选的实施例详细阐述本发明。如图所示：

图1示出根据本发明的优选实施例的高压放电灯的示意的侧视图；

图2示出在图1中描述的高压放电灯的放电容器的放电空间的示意的部分放大示图；

图3示出了高压放电灯的光通量和燃弧电压与在填充物中的卤化锌含量的关系的图。

具体实施方式

本发明的优选实施例为具有25瓦特的电功率消耗的无汞卤化物金属蒸汽高压放电灯。所述灯设计用于使用在汽车前照灯中。所述高压放电灯具有由石英玻璃制成的、具有17mm³容积的放电空间106的、两侧密封的放电容器10，可电离的填充物气密地包含在所述放电空间中。在放电空间106的区域中，放电容器10的外轮廓构成椭圆体形，并且其内轮廓在电极11、12之间的区域中构成圆柱形（图2）。因此，放电容器10的壁在放电空间106的区域中凸形地拱起，并且与在放电空间106的两个端部上相比，在电极11、12之间具有更大的壁厚度，在所述两个端部中设有电极11、12。壁厚度的比例D1/D2位于1.2至1.3的范围内。这就是说，适用下述关系：

1.2≤D1/D2≤1.3

其中D1表示放电容器10的在电极11、12之间的区域中的壁厚度，并且D2表示放电容器10的在放电空间106的端部部段中的壁厚度，在所述端部部段中设有电极11、12。

在放电空间106的中部中，放电容器的内直径为2.2mm并且其外直径在那里为5.5mm。放电容器10的两个端部101、102分别借助钼薄膜熔融部103、104密封。钼薄膜熔融部103、104分别具有7.5mm的长度、2mm的宽度和25μm的厚度。在放电容器10的内腔中存在两个电极11、12，在灯工作期间，在所述电极之间构成负责光发射的放电电弧。电极11、12由钨组成。所述电极的厚度或者其直径为0.26mm。电极11、12的长度分别为6.5mm。实际的、即借助X射线照相所测量的、在电极11、12之间的距离为3.7mm，而电极11、12之间的光学或者光学有效距离为大约3.9mm。所述电极11、12的实际距离与光学距离之间的这种区别由于放电容器10的在放电空间106的区域中的壁的光学特性（例如由于凸曲率和光学折射率）所造成。电极11、12分别通过钼薄膜熔融部103、104和通过灯头远端的馈电线13和反馈电线17或者通过灯头侧的馈电线14导电地与基本由塑料组成的灯头15的电接头连接。放电容器10由玻璃的外泡壳16所包围。外泡壳16具有锚固在灯头15中的突起161。放电容器10在灯头侧具有由石英玻璃组成的管状延长部105，灯头侧的馈电线14在所述延长部中延伸。

放电容器10的朝向反馈电线17的表面区域设有透光的、导电的覆层107。所述覆层107沿灯的纵向方向在放电空间106的总长度上并且在放电容器10的密封端部101、102的长度的大约50%的部分上延伸。覆层107安装在放电容器10的外侧上，并且在放电容器10的周长的大约5%至10%上延伸。但是，覆层107也能够在放电容器10的周长的50%上或甚至在大于放电容器10的周长的50%上延伸。这样宽地构成覆层107具有下述优点：所述覆层提高了高压放电灯的效率，因为所述覆层将由放电所产生的红外辐射的一部分反射回到放电容器中并且由此引起选择性地加热放电容器10的在灯工作期间位于电极之下的较冷的区域，在所述区域中聚集可电离的填充物的金属卤化物。覆层107由经掺杂的氧化锡组成，例如由用氟或锑掺杂的氧化锡或例如由用硼和/或锂掺杂的氧化锡组成。所述高压放电灯在水平位置中工作，这就是说，具有设置在水平平面中的电极11、12，其中将灯定向成，使得反馈电线17在放电容器30和外泡壳16之下延伸。在EP 1 632 985 A1中描述了所述起到点燃辅助装置作用的覆层107的细节。外泡壳16由石英玻璃组成，所述石英玻璃掺杂有吸收紫外辐射的材料，例如氧化铈和氧化钛。在EP 0 700 579 B1中公开了用于外泡壳玻璃的适当的玻璃成分。

包含在放电容器中的可电离的填充物由具有冷填充压力，即在25°C的温度下所测量的1.6兆帕斯卡的填充压力的氙和钠的、钪的、锌的及铟的碘化物组成。灯的燃弧电压为大约40伏特。所述灯的色温大约为4500开尔文。在填充物中的金属钠的、钪的、锌的和铟的卤化物或者碘化物的总量为13.83mg/cm³，即13.83毫克每1立方厘米放电空间容积，其中金属钠的、钪的、锌的和铟的碘化物相对于卤化物的总量的重量比例如下：

碘化钠：  43.4%重量百分比，相当于6 mg/cm³的填充量

碘化钪：  50.6%重量百分比，相当于7 mg/cm³的填充量

碘化锌：  5.8%重量百分比，相当于0.8 mg/cm³的填充量

碘化铟：  0.2%重量百分比，相当于0.03 mg/cm³的填充量

这相当于1摩尔的钠与钪的比例为2.5∶1。卤化物金属蒸汽高压放电灯的色彩重现指数为65和其光输出为90 lm/W。壁负载为大约80W/cm²。高压放电灯产生小于或等于2000 lm的光通量，并且因此能够工作在没有前照灯清洗设备的汽车前照灯中，以便例如产生日间行车灯、雾灯或持续行车灯。

直接在放电容器中点燃气体放电之后，根据本发明的卤化物金属蒸汽高压放电灯以其三倍至五倍的额定功率或者以其三倍至五倍的额定电流工作，以确保在可电离的填充物中的金属卤化物迅速地蒸发。直接在点燃气体放电之后，因为在该时间点只有氙气态地存在于放电容器中，所以所述气体放电几乎仅由氙承担。高压放电灯在该时间点并且在所谓的启动阶段期间工作，在所述启动阶段期间，可电离的填充物的金属卤化物过渡为汽相，因此如氙最高压放电灯，其中光发射和放电的电学特征、特别是在放电路径上的电压降，单独地由氙和电极距离来确定。当可电离的填充物的上述碘化物蒸发并且所述碘化物参与放电时，才达到灯的准稳态的工作状态，在所述状态下，灯以其25瓦特的额定功率和40伏特的燃弧电压工作。因此，术语“燃弧电压”表示在准稳态工作中的高压放电灯的工作电压。

本发明不限制于上面详细阐明的实施例。例如，填充物除了金属钠的、钪的和铟的碘化物之外还包括碘化铥。此外，代替前述金属的碘化物或除了这些金属碘化物之外，还能够在填充物中使用其他卤化物，例如这些金属的溴化物或氯化物。

Claims (6)

1.用于汽车前照灯的高压放电灯，具有气密封闭的放电容器(10)，所述放电容器具有放电空间(106)，在所述放电空间中包含电极(11、12)和用于产生气体放电的填充物，其中所述填充物构成为无汞的填充物，其包括至少氙以及钠的、钪的、和锌的卤化物，

其中存在于所述放电容器(10)的所述放电空间(106)中的卤化物的量位于8mg至15mg每1cm³所述放电空间容积的范围内，

其中氙的冷填充压力位于1.0兆帕斯卡至1.8兆帕斯卡的范围内，并且所述放电空间(106)的容积具有在0.015cm³至0.022cm³范围内的数值，

其中卤化锌含量大于0mg每1cm³所述放电空间容积至1.0mg每1cm³所述放电空间容积的范围内，

其特征在于，所述填充物附加地包括卤化铥，并且卤化铥的含量位于所述卤化物的总量的10％至30％的重量百分比的范围内。

2.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中所述填充物附加地包括卤化铟，并且在所述填充物中的卤化铟的含量小于或等于所述卤化物总量的3.0％的重量百分比。

3.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中在所述填充物中的卤化钠的含量位于所述卤化物的总量的30％至50％的重量百分比的范围内。

4.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中在所述填充物中的卤化钪的含量位于所述卤化物的总量的30％至60％的重量百分比的范围内。

5.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中在所述放电容器(10)的所述放电空间(106)中的所述卤化物的量位于10mg至14mg每1cm³所述放电空间容积的范围内。

6.根据权利要求1所述的高压放电灯，其中氙的所述冷填充压力位于1.6兆帕斯卡至1.8兆帕斯卡的范围内。