DD278222A1

DD278222A1 - HALOGEN METAL STEEL LAMP SMALL PERFORMANCE

Info

Publication number: DD278222A1
Application number: DD32331688A
Authority: DD
Inventors: Juergen Heyde; Tilo Stoeckert; Michael Schultze
Original assignee: Narva Gluehlampen
Priority date: 1988-12-16
Filing date: 1988-12-16
Publication date: 1990-04-25
Also published as: HU896634D0; DE3939193A1; HUT52636A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halogen-Metalldampflampe kleiner Leistung - unter 50 W - mit einseitiger Quetschung, die ohne Aussenkolben (9) betrieben werden kann und die zum Einsatz in fokussierten optischen Geraeten mit kleinen Abmessungen geeignet ist. Die Lampe ist aus einem Kolbenrohr (1) aus Quarzglas, Hartglas oder einem anderen geeigneten Glas mit einem Aussendurchmesser von weniger als 10 mm so hergestellt, dass der Abstand der Elektroden (7; 8) 13 bis 12 des groessten Aussendurchmessers des Kolbens (1) und der Abstand der Kolbeninnenwand von der Verbindungsgeraden zwischen den Elektroden (7; 8) 13 bis 23 des Elektrodenabstandes betraegt. Sie zeichnet sich durch geringe Waermetraegheit und infolge dessen durch kurze Aufheiz- und Abkuehlzeiten aus. Fig. 1The invention relates to a metal halide lamp low power - less than 50 W - with one-sided pinch, which can be operated without outer bulb (9) and which is suitable for use in focused optical devices with small dimensions. The lamp is made of a piston tube (1) made of quartz glass, toughened glass or another suitable glass with an outer diameter of less than 10 mm so that the distance between the electrodes (7; 8) 13 to 12 of the largest outer diameter of the piston (1) and the distance of the piston inner wall from the connecting straight line between the electrodes (7, 8) 13 to 23 of the electrode gap. It is characterized by low heat immunity and as a result of short heating and Abkuehlzeiten. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

Field of application of the invention

Dio Erfindung betrifft eine Halogen-Metalldampf-Lampe mit kleiner Leistung, die zum Einsatz in fokussieren optischen Geräten geeignet ist.The invention relates to a low power metal halide lamp which is suitable for use in focusing optical devices.

Characteristic of the known state of the art

Halogen-Metalldampf-Lampen kleiner Leistung sind sowohl mit einseitig als auch mit zweiseitig gequetschten Entladungsgefäßen bekannt. In der DE-ÜS 3341846 ist eine zweiseitig gequetschte Lampe von 35W Leistung beschrieben, die vorzugsweise ohno Außenkolben betrieben werden kann. Um dio für einen einwandfreien Betrieb notwendige MindesUsmperatur der Kolbeninnenwand von 973K zu erreichen, besitzt diese '.ampe einen entsprechend geringen Durchmesser und geringe Länge des Brennraums. Jedoch erwies es sich als notwendig, die Wanddicke des Entladungsgefäßes aufwerte zwischen 1,5 und 2,5mm zu vergrößern, um eine annehmbare Homogonität der Temperaturverteilung im Brennraum zu erreichen. Obwohl die Lampe keinen Außenkolben besitzt, ist infolge der großen Glasmasse die Wärmekapazität der Lampe relativ hoch. Damit bekommt die Lampe eine große Trägheit beim Erwärmen und Abkühlen. Das bedeutet, daß die Zeit zum Erreichen eines stationären Lichtsiromwertes nach dem Einschalten und die Zeit zur Abnahme der Zündspannung nach dem Ausschalten relativ lang wird. Ein Nachteil der Lampe, der besonders bei kleiner Leistungsaufnahme ins Gewicht fällt, ist der geringe Wirkungsgrad der zweiseitig gequetschten Lampen. Durch die beiden Einzelquetschungen mit je einer Stromdurchführung wird insgesamt mehr Wärme abgeleitet als bei einer Quetschung, die beide Stromzuführungen nebeneinander enthält. Daher ist das einseitig gequetschte Entladungsgefäß eine bevorzugte Ausführungsform für Halogen-Metalldampf-Lampen kleiner Leistung. Derartige Lampen sind in DE-OS 3232207 und die darin verwendeten Elektroden in DE-OS 3242840 beschrieben.Small-power metal halide lamps are known both with single-ended and with two-sided squeezed discharge vessels. In DE-ÜS 3341846 a two-sided squeezed lamp of 35W power is described, which can be operated preferably without an outer bulb. In order to achieve the minimum temperature of the piston inner wall of 973K necessary for perfect operation, this' lamp has a correspondingly small diameter and short length of the combustion chamber. However, it has been found necessary to increase the wall thickness of the discharge vessel to between 1.5 and 2.5mm to achieve acceptable homogony of the temperature distribution in the combustion chamber. Although the lamp has no outer bulb, the heat capacity of the lamp is relatively high due to the large glass mass. This gives the lamp a great inertia when heating and cooling. This means that the time to reach a steady light level after power-up and the time to decrease the ignition voltage after power-off become relatively long. A disadvantage of the lamp, which is particularly significant with low power consumption, is the low efficiency of the two-sided squeezed lamps. Through the two Einzelquetschungen, each with a current feedthrough more heat is dissipated as a pinch, which contains both power supply side by side. Therefore, the single-ended discharge vessel is a preferred embodiment for low power metal halide lamps. Such lamps are described in DE-OS 3232207 and the electrodes used therein in DE-OS 3242840.

In diesen einseitig gequetschten Entladungsgefäßen sind die Elektroden an nebeneinander parallel geführten Molybdän-Einschmelz-Folien befastigt und in dieser Lage durch einen Quetscharbeiisgang in das mittels Flammen erweichte Glas eingebettet. Eine Ausführungsform besitzt Elektroden in Form kurzer Wendelenden oder gleichwertige Konstruktionen, die in jedem Fall eine Längsausdehnung in Richtung des Lichtbogens von 1,2 mm und mehr haben. Während des Einquetschens der Molybän-Einschmelz-Foiien in das oiweichte Glas sind geringfügige Lageänderungen der Elektroden zueinander nicht zu vermeiden. Die Berücksichtigung dieser Lageänderungen und der Längsausdehnung der Elektroden führen dazu, daß es nicht möglich ist, mit dieser Konstruktion dio geringen Abmessungen des Brennraumes des vorher erwähnten zweiseitig gequetschten Entladungsgefäßes zu realisieren. Damit werden besondere Maßnahmen notwendig, um eine übermäßige Wärmeabgabe des Entladungsgefäßes und damit eine Verringerung der Brennraumtemperatur unter 973K zu vermeiden, wie z. B. der Einbau des Entladungsgefäßes in einen evakuiertem und gegettertem Außenkolben (DE-OS 3324081). Alle diese Maßnahmen vergrößern die Wärmekapazität und Wärmeträgheit der Lampe. Außerdem wird der Rauminhalt der Lampe durch den Außenkolben auf mindestens das doppelte vergrößerte, wodurch die Verwendbarkeit der Lampe in fokussierten optischen Systemen mit geringen Abmessungen eingeschränkt wird.In these discharge vessels, which are squeezed on one side, the electrodes are chamfered on molybdenum sealing films which are guided parallel to one another and embedded in this position in the flame-softened glass by means of a squeezing operation. One embodiment has electrodes in the form of short coil ends or equivalent constructions, which in each case have a longitudinal extension in the direction of the arc of 1.2 mm and more. During squeezing of the molybdenum felts in the oiweichte glass minor changes in position of the electrodes to each other are unavoidable. The consideration of these changes in position and the longitudinal extent of the electrodes mean that it is not possible to realize with this construction of the small dimensions of the combustion chamber of the aforementioned double-ended discharge vessel. This special measures are necessary to prevent excessive heat emission of the discharge vessel and thus a reduction in the combustion chamber temperature below 973K, such. B. the installation of the discharge vessel in an evacuated and gegettertem outer bulb (DE-OS 3324081). All these measures increase the heat capacity and thermal inertia of the lamp. In addition, the volume of the lamp is at least doubled by the outer bulb, which limits the usefulness of the lamp in small-sized, focused optical systems.

Eine weitere Ausführungsform einseitig gequetschter Entladungsgefäße ist in der DE-OS 3110809 beschrieben. Darin hat ein 40 W-Entladungsgefäß einen Außendurchmesser von 9,4mm und einfache Wolfram-Drahtstücke von etwa 0,5 mm Durchmesser im Abstand von 3,1 mm als Elektroden. Wesentlich ist, daß das Verhältnis des Abstandes jeder Elektrode von der Kolbeninnenwand zum Elektrodenabstand gleich oder größer als 0,4 sein soll. Der erwähnte geringe Kolbendurchmesser ist danach nur mit den hier verwendeten Elektroden einfachster Bauart zu realisieren. Diese Elektroden weisen infolge der geringen Länge und des relativ großen notwendigen Querschnittes ungünstige thermische Verhältnisse auf, zeigen einen schlechten Bogenübergang und verursachen nach relat'V kurzer Zeit, daß die Entladungsgefäße ein schlechtes Zündverhalten bekommen.Another embodiment of one-sided squeezed discharge vessels is described in DE-OS 3110809. Therein a 40 W discharge vessel has an outside diameter of 9.4 mm and simple tungsten wire pieces of about 0.5 mm diameter at a distance of 3.1 mm as electrodes. It is essential that the ratio of the distance of each electrode from the piston inner wall to the electrode gap should be equal to or greater than 0.4. The mentioned small piston diameter can then be realized only with the electrodes of the simplest type used here. These electrodes have due to the small length and the relatively large necessary cross section unfavorable thermal conditions, show a poor arc transition and cause relat'V short time that the discharge vessels get a bad ignition behavior.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Konstruktion einer Halogen-Metalldampf-Lampe kleiner Leistung mit geringsten Abmessungen und geringer Wärmeträgheit von Elektroden und Kolben und geringer Trägheit der Vorgänge beim Ein- und Ausschalten der Lampe zu ermöglichen.The aim of the invention is to allow the construction of a low-power metal halide lamp with the smallest dimensions and low thermal inertia of electrodes and pistons and low inertia of the operations when switching on and off of the lamp.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine für die Anwendung in fokussierten optischen Geräten mit geringen Abmessungen geeignete Halogen-Metalldampf-Lampe kleiner Leistung mit gutem Zündverhalten und mit geringer Trägheit der Aufheiz- und Abkühlvorgänge zu schaffen.The object of the invention is to provide a suitable for use in focused optical devices with small dimensions metal halide lamp low power with good ignition and low inertia of the heating and Abkühlvorgänge.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das einseitig gequetschte Entladungsgefäß, das aus einem Kolbenrohr aus Quarzglas, einem dem Quarzglas ähnlichen Glas oder einem geeigneten Hartglas einen Außendurchmesser von wenigei als 10mm besitzt. Die Elektroden sind so angeordnet, daß ihr Abstand zwischen Vs und V2 des größten Außendurchmessers des Kolbens liegt. Der Abstand der Kolbeninnenwand von der Verbindungsgeraden zwischen den Elektroden beträgt V3 bis ²h des Elektrodenabstandes. Die Elektroden sind bevorzugt kugelförmig mit geringer Abmessung und mit geringer Lagetoleranz. Die Lampe kann ohne oder mit einem Außenkolben ohne oder mit Gasfüllung, deren Wärmeleitfähigkeit der der Außenluft entspricht oder sie übersteigt, betrieben werden. Die Wanddicke des Entladungsgefäßes braucht den für derartige Kolbenabmessungen üblichen Wert von etwa 1 mm nicht zu überschreitende Quetschung, die beide Stromzuführungen enthält, erstreckt sich über die Länge des Entladungsraumes. Damit wird einerseits die über die Elektroden in die Quetschung eingeleitete Wärme zur Erwärmung des Entladungsraumes verwendet, andererseits für eine ausreichende Homogenität der Temperaturverteilung in Längsrichtung des Brennraumes gesorgt.According to the invention the object is achieved in that the unilaterally pinched discharge vessel, which has a diameter of less than 10 mm from a quartz glass bulb tube, a glass similar to quartz glass or a suitable tempered glass. The electrodes are arranged so that their distance is between Vs and V2 of the largest outer diameter of the piston. The distance of the piston inner wall from the connecting line between the electrodes is V3 to ² h of the electrode gap. The electrodes are preferably spherical with small dimension and with low positional tolerance. The lamp can be operated without or with an outer bulb without or with gas filling, the thermal conductivity of which corresponds to or exceeds the outside air. The wall thickness of the discharge vessel needs the usual for such piston dimensions value of about 1 mm to crushing pinch, which contains both power supply lines, extends over the length of the discharge space. Thus, on the one hand, the heat introduced via the electrodes into the pinch for heating the discharge space is used, on the other hand, sufficient homogeneity of the temperature distribution in the longitudinal direction of the combustion chamber is ensured.

Durch den Einsatz von kugelförmigen Elektroden kann der von den Elektroden benötigte Raum auf einen Bruchteil des für gewendelte Elektroden benötigten Raumes verringert werden. Die günstigen thermischen Eigenschaften der kugelförmigen Elektroden mit relativ dünnem Schaft lassen ein günstiges Zünd- und Anlaufverhalten der Lampe erreichen. Zudem ist es möglich, diese Elektroden mit verringerten Lagetoleranzen im Entladungsgefäß herzustellen, wodurch die Abmessungen des Brennraums weiter verringert werden können. So kann ein Entladungsgefäß mit einem größten Außendurchmesser von weniger als 10mm hergestellt werden, dessen Oberfläche so klein ist, daß es auch bei Betrieb ohne Außenkolben in freier Luft an der Innenwand die notwendige Temperatur von 973 K erreicht.Through the use of spherical electrodes, the space required by the electrodes can be reduced to a fraction of the space required for coiled electrodes. The favorable thermal properties of the spherical electrodes with a relatively thin shaft can achieve a favorable ignition and start-up behavior of the lamp. In addition, it is possible to produce these electrodes with reduced positional tolerances in the discharge vessel, whereby the dimensions of the combustion chamber can be further reduced. Thus, a discharge vessel can be produced with a maximum outer diameter of less than 10mm, whose surface is so small that it reaches the necessary temperature of 973 K even when operating without outer bulb in the open air on the inner wall.

Die geringen Abmessungen ergeben den weiteren Vorteil, daß das Entladungsgefäß die geringstmögliche Wärmekapazität besitzt und damit auch geringe Aufheiz- und Abkühlzeiten aufweist.The small dimensions provide the further advantage that the discharge vessel has the lowest possible heat capacity and thus also has low heating and cooling times.

Das Entladungsgefäß ist nur wenig größer als das eigentliche lichtaussendende Element, der Lichtbogen, und damit gut in optischen Systemen kleiner Abmessungen einsetzbar.The discharge vessel is only slightly larger than the actual light-emitting element, the arc, and thus well used in optical systems of small dimensions.

In Anwendungsfällen, in denen die geringen Abmessungen nicht erforderlich sind, ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Entladungsgefäß in bekannter Weise in einen Außenkolben einzubauen. Dabei ist dann das Wärmeregime im Außenkolben dem in der freien Luft anzugleichen, d. h. der Außenkolben ist mit einem Gas gleicher Wärmeleitfähigkeit zu füllen. Damit bleiben die geringen Aufheiz- und AbkühlzeUen des Entladungsgefäßes erhalten.In applications in which the small dimensions are not required, it is also possible to install the discharge vessel according to the invention in a known manner in an outer bulb. It is then the heat regime in the outer bulb to match the in the open air, d. H. The outer bulb is to be filled with a gas of the same thermal conductivity. This preserves the low heating and cooling temperatures of the discharge vessel.

Es ist auch möglich, im Außenkolben ein Gas mit höherer Wämeleitfähigkeit als der der Luft einzusetzen. Dadurch wird erreicht, daß die Lampe bei gleichen Abmessungen mit höherer elektrischer Leistung betrieben werden kann. Durch eine solche Gasfüllung lassen sich die Aufheiz- und Abkühlzeiten weiter verkürzen.It is also possible to use a gas with a higher thermal conductivity than that of the air in the outer bulb. This ensures that the lamp can be operated at the same dimensions with higher electrical power. By such a gas filling, the heating and cooling times can be further shortened.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment and the accompanying drawings.

Fig. 1: zeigt eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Entladungsgefäßes. Fig. 2: zeigt das Entladungsgefäß in einer dazu senkrechten Ebene geschnitten. Fig. 3: zeigt das Entladungsgefäß in einem Außenkolben eingebaut.Fig. 1: shows a sectional view of the discharge vessel according to the invention. Fig. 2: shows the discharge vessel cut in a plane perpendicular thereto. Fig. 3: shows the discharge vessel installed in an outer bulb.

Der Kolben 1 des Entladungsgefäßes nach Fig. 1 ur d Fig. 2 ist aus einem Quarzrohr mit dem Durchmesser D hergestellt. Er beträgt im Beispiel einer 35W-Lampe 9mm. In den Kolben 1 sind die Elektroden 7; 8, die Einschmelzfolien 3 und die Stromzuführungen 4; 5 aus Molybdändraht eingeschmolzen. Die Einschmelzung geschieht durch Erwärmen des Glasrohres und Quetschen des erweichten Glases zum Formen der Quetschung 2. Dabei wird gleichzeitig der Teil des Kolbens oberhalb der Quetschung, der den Brennraum bildet, erweicht und seine Breite in Richtung der Quetschungsbreitseiten auf 6...6,5mm verringert und durch Blasen in eine Form die gewünschte Gestalt des Brennraums hergestellt, so daß der Abstand der Kolbeninnenwand von der Verbindungslinie der Elektroden 7; 8 maximal 2,25mm beträgt. Der Einbau und die Herstellung der kugelförmigen Elektroden erfolgt über die Verwendung eine vorgefertigten Gestells, das aus den Stromzuführungen 4; 5, den Einschmelzfolien 3 und einem Wolframdrahtbügel, der sich an der Stelle der beiden Elektroden 7; 8 befindet, besteht. Das Gestell läßt sich, da die Elektroden 7; 8 miteinander verbunden sind, genau und stabil herstellen und gezielt im Kolben positionieren und einquetschen. Nach dem Quetschen wird der Kolben zur Verhinderung von Oxidation mit Inertgas gespült und durch elektrischen Strom die noch bestehende Verbindung zwischen den Elektroden 7; 8 durchgeschmolzen und mittels Lichtbogen die kugelförmigen Elektroden 7; 8 mit einem Durchmesser von etwa 0,7 mm und dem erforderlichen Elektrodenabstand, hier 4mm, gebildet. Danach wird das Entladungsgefäß evakuiert und mit der notwendigen Dosis Quecksilber, dem Leuchtzusatz (einer Mischung von Metalljodiden) und dem Zündgas (z. B. Argon) gefüllt zugeschmolzen, wobei der Lampendom 16 entsteht.The piston 1 of the discharge vessel according to FIG. 1 ur d Fig. 2 is made of a quartz tube with the diameter D. He is in the example of a 35W lamp 9mm. In the piston 1, the electrodes 7; 8, the sealing foils 3 and the power supply lines 4; 5 melted from molybdenum wire. The melting is done by heating the glass tube and squeezing the softened glass to form the pinch 2. At the same time the part of the piston above the pinch, which forms the combustion chamber, softens and its width in the direction of Quetschungsbreitseiten to 6 ... 6.5 mm reduced and made by blowing into a mold the desired shape of the combustion chamber, so that the distance of the piston inner wall from the connecting line of the electrodes 7; 8 is maximum 2.25mm. The installation and production of the spherical electrodes via the use of a prefabricated frame consisting of the power supply lines 4; 5, the Einschmelzfolien 3 and a tungsten wire bow, which at the location of the two electrodes 7; 8 exists. The frame can be, since the electrodes 7; 8 are connected to each other, produce accurate and stable and position targeted in the piston and squeeze. After squeezing, the flask is purged with inert gas to prevent oxidation and by electrical current the remaining connection between the electrodes 7; 8 blown and by means of arc the spherical electrodes 7; 8 with a diameter of about 0.7 mm and the required electrode spacing, here 4mm formed. Thereafter, the discharge vessel is evacuated and sealed with the necessary dose of mercury, the luminous additive (a mixture of metal iodides) and the ignition gas (eg argon), whereby the lamp dome 16 is formed.

Um die Festigkeit der Lampe gegen elektrischen Durchschlag der Hochspannungszündimpulse zwischen des Stromzuführungen zu erhöhen, kann über eine oder beide Stromzuführungen ein isolierendos Quarzrohr 6 gesteckt und an die Quetschung angeschmolzen werden.In order to increase the strength of the lamp against electrical breakdown of Hochspannungszündimpulse between the power supply, an insulating quartz tube 6 can be inserted via one or both power supply lines and fused to the pinch.

-3- 7:78 222-3- 7:78 222

In Fig.3 ist das Entladungsgefäß in einen Außenkolben 9 eingeschmolzen. Im Beispiel besteht der Außenkolben 9 aus einem Molybdän-Einschmelzglas, so daß die lang gehaltenen Stromzuführungen 10; 11 direkt eingeschmolzen und durch das Glas des Außenkolbens geführt werden können. Der Außenkolben ist mit eine Außenquetschung 15 versehen, die im Sockel 12 mit don Sockelstiften 13; 14 aufgenommen wird. Der Außenkolben 9 ist zur Schaffung des für den Botrieb des Entladungsgefäßes notwendigen Temperaturregimes mit Stickstoff unter angenähertem Atmosphärendruck gefüllt.In Figure 3, the discharge vessel is melted into an outer bulb 9. In the example, the outer bulb 9 is made of a molybdenum Einschmelzglas, so that the long-held power supply lines 10; 11 can be melted directly and passed through the glass of the outer bulb. The outer bulb is provided with a Außenquetschung 15 which in the base 12 with don base pins 13; 14 is recorded. The outer bulb 9 is filled to provide the necessary for the Botrieb of the discharge vessel temperature regime with nitrogen under approximate atmospheric pressure.

Claims

1. Halogon metal vapor lamp with low power, consisting of a unilaterally pinched discharge vessel, characterized in that the unilaterally crushed discharge vessel made of quartz gas, a quartz glass similar glass or a suitable tempered glass has an outer diameter of less than 10mm and that therein the electrodes (7; 8) are arranged so that their distance is between ^1/3 and V2 of the maximum outer diameter of the piston (1), wherein the distance between the piston inner wall of derVsrbindungsgeraden between the electrodes (7; 8) V3 to ² h of Elektrodonabstandes is ,

2. low-power metal halide lamp according to claim!, Characterized in that the electrodes (7; 8) have a spherical shape.

3. Low-power metal halide lamp according to claim 1, characterized in that the discharge vessel by an outer bulb (9) is enveloped, which is filled with a gas having a thermal conductivity in the order of magnitude of the air or above.