DD290505A5

DD290505A5 - Hochdruckentladungslampe kleiner elektrischer leistung

Info

Publication number: DD290505A5
Application number: DD89335844A
Authority: DD
Inventors: Alexander Dobrusskin; Juergen Heider; Juergen Scheidt; Joachim Arlt
Original assignee: Patent-Treuhand-Gesellschaft Fuer Elektrische Gluehlampen M. B. H.,De
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1989-12-18
Publication date: 1991-05-29
Also published as: EP0374678A3; JPH02220348A; DE3842771A1; EP0374678A2; HUT52891A; US5017839A; HU202672B; HU896663D0; JP2825569B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe kleiner elektrischer Leistung. Fuer den schnellen Anlauf einer Kfz-Metallhalogenidhochdruckentladungslampe weist diese eine moeglichst kleine Quarzglasmenge und Elektroden auf, die fuer einen durch ein elektronisches Vorschaltgeraet zeitlich geregelten 5- bis 10fachen Anlaufstrom geeignet sind. Die Steuereinrichtung fuer das EVG bewirkt, dasz die Grenzleistung der Lampe nicht ueberschritten wird. Darueber hinaus weist die Lampe an ihrer Oberflaeche eine IR- und/oder UV-reflektierende oder absorbierende Beschichtung auf. Als zusaetzliche Masznahme kann das Quarzglas des Endladungsgefaeszes mit einer IR- und/oder UV-reflektierenden oder absorbierenden Dotierung versehen sein. Mit einer Xenon-Fuellung des Entladungsgefaeszes von mindestens 3 bar erzielt man den 90%-Lichtstrom der Lampe schon bei etwa 1 sec. Fig. 1{Kfz-Metallhalogenidhochdruckentladungslampe; Quarzglasmenge; Elektroden; Anlaufstrom, geregelt; Steuereinrichtung; Grenzleistung; Beschichtung; Oberflaeche; Dotierung; Quarzglas}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe kleiner elektrischer Leistung.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Hochdruckentladungslampen, insbesondere solche mit Metallhalogenidfüllung, setzen sich in letzter Zeit vermehrt zum Zweck der Allgemeinbeleuchtung durch. Aber auch für die Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen wurden solche Lampen bereits vorgeschlagen. Für beide Anwendungszwecke sind Leistungsstufen unterhalb 7OW, z. B. 35W, völlig ausreichend. Unbefriedigend ist aber noch immer die Anlaufzeit zwischen der Zündung und dem Erreichen des Endlichtstroms. Sie beträgt bei einer konventionell betriebenen Lampe ca. 40sec. In dem DE-GM 8623908 wurde deshalb vorgeschlagen, die Lampe im ausgeschalteten Zustand fremd zu beheizen, um so die Füllsubstanzen verdampft zu halten und auf diese Weise von einem höheren Temperatur- und damit Druckniveau ausgehend eine verkürzte Anlaufzeit von nur ca. 8 see zu erreichen. Abgesehen von der für die Fremdheizung erforderlichen zusätzlichen elektrischen Energie und dem damit verbundenen Installationsaufwand ist aber auch eine derart verkürzte Anlaufzeit für viele Anwendungszwecke noch immer nicht befriedigend.

-2- 290 505 Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, den Nachteil der langen Anlaufzeit zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anlaufzeit der Metallhalogenldlampe noch weiter zu verkürzen. Auf eine Fremdbeheizung der Lampe soll mit Rücksicht auf den zusätzlichen Energieverbrauch und die Maßnahmen für die Energieversorgung verzichtet werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Hochdruckentladungslampe kleiner elektrischer Leistung mit zugeordnetem elektronischen Vorschaltgerät gelöst, bei der die Lampe ein Entladungsgefäß und eine darin enthaltene Füllung von mindestens einem Edelgas, Quecksilber und Metallhalogeniden aufweist, und in das Entladungsgefäß mindestens zwei Elektroden über Stromzuführungen gasdicht hineingeführt sind, bei welcher außer den Merkmalen a) bis c) mindestens noch ein weiteres der Merkmale d) bis g) in Kombination vorliegt.

Merkmal a) Das elektronische Vorschaltgerät beinhaltet eine Steuervorrichtung, die den Anlaufstrom der Lampe auf einen

Wert einstellt, der zwischen dem fünffachen und dem zehnfachen Wert des Nennstromes liegt. Merkmal b) Das Entladungsgefäß enthält als Füllung mindestens die Halogenide von Natrium und Scandium oder von

Natrium und einem Metall der Seltenen Erden

Merkmale) Die Masse des Entladungsgefäßes liegt im Bereich zwischen 0,002 GrammjeWattund0,1 GrammjeWatt

elektrischer Leistung der Lampe.

Merkmal d) Das Entladungsgefäß enthält als Füllgas Xenon mit einem Kaltfülldruck von mindestens 3 bar.

Merkmal e) Das Entladungsgefäß ist zumindest teilweise mit mindestens einem Mittel versehen, das nicht sichtbare

Strahlung reflektiert oder absorbiert und sichtbare Strahlung transmittiert. Merkmal f) Die Schäfte der Elektroden weisen einen Durchmesser von maximal 0,3mm auf.

Merkmal g) Der sich einander zugewandte Teil der Elektroden ist verrundet.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe dadurch gekennzeichnet, daß das nicht sichtbare Strahlung reflektierende und sichtbare Strahlung transmittierende Mittel aus einer auf die Oberfläche des Entladungsgefäßes aufgetragenen dichroitischen Beschichtung aus TiO₂ und SiO₂ oder Si₃N₄ und SiOj besteht, wobei es vorteilhaft ist, wenn die dichroitische Beschichtung eine Dicke aufweist, die im Bereich von 0,1 pm bis 1,5μηη liegt.

Es kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch zweckmäßig sein, daß das nicht sichtbare Strahlung absorbierende und sichtbare Strahlung transmittierende Mittel aus einer dem Material des Entladungsgefäßes zugesetzten Dotierung aus TiO₂, CeO₂, SnO₂ oder BaMgAI₂O₃ besteht.

Dann ist es vorteilhaft, wenn die dem Material des Entladungsgefäßes zugesetzte Dotierung eine Menge aufweist, die im Bereich von 0,02 Masseanteile in % bis 0,2 Masseanteile in % je Gewichtseinheit liegt.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung sind die Enden des Entladungsgefäßes mit einer nicht sichtbare und sichtbare Strahlung reflektierenden Beschichtung aus Zirkondioxid versehen.

Darüber hinaus können die Enden des Entladungsgefäßes außer der Beschichtung aus Zirkondioxid zusätzlich eine Beschichtung aus Siliziumeisenoxid aufweisen.

Ein wesentliches Element ist das elektronische Vorschaltgerät, mit dessen Hilfe eine Regelung des Anlaufstroms zwischen der Lampenzündung und dem Erreichen des Endlichtstromes in einem Bereich bis zum zehnfachen Wert des Nennstroms möglich ist. Die entsprechenden Schaltungsanordnungen sind in den Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen P 3719356 und P 3719357 beschrieben. Durch diese Betriebsweise wird der 90-%-Lichtstrom einer konventionellen Metallhalogenidlampe von ursprünglich ca. 30sec auf ca. 5 see reduziert. Eine weitere Reduzierung auf nur noch ca. 1 see für den 90-%-Lichtstrom ist mit einer Kombination der verbleibenden am Entladungsgefäß vorzunehmenden Maßnahmen hinsichtlich Beschichtung, Dotierung und der Füllung des Entladungsgefäßes möglich, wobei die Regelung des Anlaufstroms bis an die zulässige Obergrenze des elektronischen Vorschaltgerätes, nämlich bis an den ca. lOfachen Nennstrom heranreichend erfolgt. Gegenüber dem konventionellen Betrieb einer derartigen Lampe bedeutet dies eine Verkürzung der Anlaufzeit um den Faktor 30. Der hohe Überstrom während der Anlaufphase heizt die optimierte Masse des Entladungsgefäßes schnell auf. Die entstandene Wärme wird dann aufgrund der Dotierung des Entladungsgefäßmaterials sowie der beschriebenen unterschiedlichen Beschichtungen in das Entladungsgefäß reflektiert bzw. von diesem absorbiert, so daß die abgestrahlte Wärme reduziert und Wärmeverluste minimiert werden. Die gegenüber herkömmlichen Metallhalogenidlampen auf diese Weise zusätzlich gewonnene Wärme wird voll zur Verdampfung der Füllsubstanzen genutzt und verkürzt dadurch die Anlaufzeit in erheblichem Maße. Das Xenon im Entladungsgefäß bewirkt einen hohen Sofortlichtanteil im unmittelbaren Anschluß an die Zündung.

Ausführungsbelsplele

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: eine Metallhalogenidlampe mit einer Strahlung reflektierenden Beschichtung in schematischer Darstellung; Fig.2: die Anlaufkurven einer an einem steuerbaren elektronischen Vorschaltgerät betriebenen Metallhalogenidlampe ohne

reflektierende Beschichtung, ohne Dotierung des Quarzglases und ohne Xenon-Füllung; Fig. 3: die Anlaufkurve des Lichtstroms einer an einem steuerbaren elektronischen Vorschaltgerät betriebenen Metallhalogenidlampe mit reflektierender Beschichtung und mit Xenon-Füllung.

Die Metallhalogenidhochdruckentladungslampe 1 der Fig. 1 besteht aus Quarzglas und weist ein Entladungsgefäß 2 mit zwei an gegenüberliegenden Seiten des Entladungsgefäßes 2 angeordneten Einschmelzungen In Form einer Quetschung 3 auf. In jede Quetschung 3 ist ein Elektrodensystem gasdicht eingeschmolzen, das aus einer innerhalb des Entladungsgefäßes 2 angeordneten Elektrode 4 aus Wolfram, einer von der Quetschung 3 eingebetteten Dichtungsfolie 5 aus Molybdän sowie einer aus der Quetschung 3 in Lampenlängsachse austretenden Stromzuführung 6 aus Molybdän besteht. Die Stromzuführungen weisen an der Stelle ihres geringsten Querschnitts, das sind im vorliegenden Fall die Dichtungsfolien 5 aus Molybdän, eine Fläche von ca. 10mm² auf. Die Elektroden 4 sind in diesem Ausführungsbeispiol als Kugelelektroden mit einem Kugeldurchmesser von ca. 0,35mm ausgeführt, die sich am Ende des Wolframdrahtes mit ca. 0,18mm Durchmesser befinden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidhochdruckentladungslampe 1 mit ca. 35W Leistungsaufnahme weist das Entladungsgefäß 2 eine im wesentlichen elliptische Gestalt mit einem Außendurchmesser von ca. 5,5mm und einer Länge zwischen den Einschnürungen 7 von ca. 7 mm auf. Die Masse dieses Entladungsgefäßes 2 beträgt ca. 6mg je Watt elektrischer Leistung, im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer 35-W-Lampe also ca. 0,2g. In einem Volumen von nur 0,025cm³ enthält das Entladungsgefäß 2 neben dem Argon als Startgas auch Quecksilber sowie die Halogenide von Natrium und vorzugsweise Scandium oder von Natrium und einem Metall der Seltenen Erden. An jeder Einschnürung 7, das ist der Übergangsbereich vom Entladungsgefäß 2 zur Quetschung 3, ist zuerst eine Beschichtung 8 aus Siliziumeisenoxid und darüber eine weitere Schicht aus Zirkondioxid aufgetragen. Der Winkel α, der durch die Lampenquerachse und die Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des Entladungsraumes sowie dem inneren Rand der Beschichtung 8 auf dem Entladungsgefäß 2 gebildet wird, liegt bevorzugt im Bereich zwischen 50" und 55°. Die Beschichtung 8 bedeckt somit ziemlich genau die hinter den Elektroden 4 liegenden Räume und heizt diese bevorzugt auf. Der transparente Teil des Entladungsgefäßes 2 ist darüber hinaus mit einer sichtbare Strahlung transmittierenden, aber IR-Strahlung reflektierenden dichroitischen Beschichtung 9 aus Titandioxid und Siliziumdioxid mit einer Schichtdicke von ca. 0,2 pm versehen. Die Elektroden 4 sind an ihrer sich einander zugewandten Oberfläche kugelförmig ausgebildet. Auf eine weitere Maßnahme, nämlich die Dotierung des Quarzglases mit einem UV-Strahlung absorbierenden Mittel, vorzugsweise Titandioxid, mit einer Menge von 0,02Gew.-% bis 0,2 Gew.-% wurde im vorliegenden Ausführungsbeispiel verzichtet, ebenso wie auf die Füllung des Entladungsgefäßes mit Xenon. In den Figuren 2a und 2 b sind die Anlauf kurven einer „nackten" Metallhalogenidhochdruckentladungslampe 1 ohne jegliche Beschichtung oder Dotierung des Quarzglases und ohne Xenon-Füllung wiedergegeben. Die Lampe selbst wurde aber an einem erfindungsgemäßen elektronischen, den Anlaufstrom regelnden Vorschaltgerät entsprechend Anspruch 1 a) betrieben. Der Anlaufstrom von ca. 2,6A entspricht etwa dem 6,5fachen Nennstrom der Lampe 1. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, wird der 30-%-Uchtstrom 0 bei ca. 3,0sec, der 50-%-Lichtstrom 0 bei ca. 3,8secc und der 90-%-Lichtstrom 0 bereits bei ca. 4,5sec erreicht. Der Anstieg des Lichtstroms 0 erfolgt steil und übersteigt nach ca. 5sec den Nennlichtstrom 0 auf ca. 120%, um sich dann nach ca. 15 see auf seinen Nennwert einzustellen. Die anderen gemessenen Parameter, wie Farbtemperatur T, Brennspannung der Lampe U sowie deren Leistungsaufnahme P, sind ebenfalls den Diagrammen zu entnehmen und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.

Die Anlaufkurve des Lichtstrom 0 der Fig.3 stammt von einer Metallhalogenidhochdruckentladungslampe ähnlich der Fig. 1, jedoch ohne die Beschichtung 9, aber mit einem mit Xenon gefüllten Entladunpsgefäß bei einem Kaltfülldruck von ca. 6bar. Die Lampe wurde wie im vorangegangenen Beispiel an dem elektronischen Vorschaltgerät betrieben, wobei der Anlaufstrom bei 3,3 A lag, was etwa dem ca. 8,5fachen Nennstrom entspricht. Wie hier deutlich zu erkennen ist, erfolgt der Anstieg des Lichtstromes noch steiler als im Beispiel der Fig. 2a). Dier 90-%-Lichtstrom 0 wird hier schon nach ca. 1 s erreicht. Diese extrem kurze Anlaufzeit ist durch das Aufbringen der Beschichtungen 8 und 9 entsprechend der Fig. 1 und/oder eine Dotierung des Quarzglases mit TiO₂ oder CeO₂ noch weiter zu verkürzen.

Claims

1. Hochdruckentladungslampe kleiner elektrischer Leistung mit zugeordnetem elektronischen Vorschaltgerät, bei der die Lampe ein Entladungsgefäß und eine darin enthaltene Füllung von mindestens einem Edelgas, Quecksilber und Metallhalogeniden aufweist, und in das Entladungsgefäß mindestens zwei Elektroden über Stromzuführungen gasdicht hineingeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Merkmalen a) bis c) mindestens noch ein weiteres der Merkmale d) bis g) in Kombination vorliegt, wobei

a) das elektronische Vorschaltgorät eine Steuervorrichtung beinhaltet, die den Anlaufstrom der Lampe (1) auf einen Wert eins eilt, der zwischen dem fünffachen und dem zehnfachen Wert des Nennstromes liegt;

b) das Entladungsgefäß (2) als Füllung mindestens die Halogenide von Natrium und Scandium oder von Natrium und einem Metall der Seltenen Erden enthält;

c) die Masse das Entladungsgefäßes (2) im Bereich zwischen 0,002 Gramm je Watt und 0,1 Gramm je Watt elektrischer Leistung der Lampe liegt;

d) das Entladungsgefäß als Füllgas Xenon mit einem Kaltfülldruck von mindestens 3bar enthält;

e) das Entladungsgefäß (2) zumindest teilweise mit mindestens einem Mittel versehen ist, das nicht sichtbare Strahlung reflektiert oder absorbiert und sichtbare Strahlung transmitted;

f) die Schäfte der Elektroden (4) einen Durchmesser von maximal 0,3 mm aufweisen;

g) der sich einander zugewandte Teil der Elektroden (4) verrundet ist.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht sichtbare Strahlung reflektierende und sichtbare Strahlung transmittierende Mittel aus einer auf die Oberfläche des Entladungsgefäßes (2) aufgetragenen dichroitischen Beschichtung (9) aus TiO₂ und SiO₂ oder Si₃N₄ und SiO₂ besteht.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dichroitische Beschichtung (9) eine Dicke aufweist, die im Bereich von 0,1 μηη bis 1,5Mm liegt.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht sichtbare Strahlung absorbierende und sichtbare Strahlung transmittierende Mittel aus einer dem Material des Entladungsgefäßes (2) zugesetzten Dotierung aus TiO₂, CeO₂, SnO₂ oder BaMgAI₂O₃ besteht.

5. Hochdruckantladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Material des Entladungsgefäßes (2) zugesetzte Dotierung eine Menge aufweist, die im Bereich von 0,02Gew.-% bis 0,2Gew.-% je Gewichtseinheit liegt.

6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Entladungsgefäßes (2) mit einer nicht sichtbare und sichtbare Strahlung reflektierenden Beschichtung (8) aus Zirkondioxid versehen sind.

7. Hochdiuckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Entladungsgefäßes (2) außer der Beschichtung (8) aus Zirkondioxid zusätzlich eine Beschichtung aus Siliziumeisenoxid aufweisen.