DE102005007660A1

DE102005007660A1 - Brenner für eine Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE102005007660A1
Application number: DE200510007660
Authority: DE
Inventors: Sascha Dolenec; Dieter Dr. Jestel; Ulrich Dr. Köhler; Burkhard Dr. Leifhelm; Martin Niehaus; Reinhard Dr. Wille
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2005-02-19
Filing date: 2005-02-19
Publication date: 2006-08-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner (1), geeignet für eine Gasentladungslampe, umfassend ein Entladungsgefäß (2), das in einem Hohlraum eine Brennkammer (3) aufweist, die durch eine Wandung (7) begrenzt ist, mindestens zwei Elektroden (4, 5), die sich von gegenüberliegenden Seiten in die Brennkammer (3) erstrecken und zwischen denen sich während des Betriebs ein Entladungsbogen (6) ausbildet, wobei die Wandung (7) mindestens in einem Bereich (70), unterhalb dessen sich während des Betriebs des Brenners (1) der Entladungsbogen (6) erstreckt, so dimensioniert ist, dass eine während des Betriebs des Brenners auf einer Außenfläche des Entladungsgefäßes (2) auftretende Maximaltemperatur in einer Größenordnung von etwa 700 DEG C liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner, geeignet für eine Gasentladungslampe, der ein Entladungsgefäß, das in einem Hohlraum eine Brennkammer aufweist, die durch eine Wandung begrenzt ist, mindestens zwei Elektroden, die sich von gegenüberliegenden Seiten in die Brennkammer erstrecken und zwischen denen sich während des Betriebs ein Entladungsbogen ausbildet, umfasst.

Brenner der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungsformen bereits bekannt. Insbesondere werden gattungsgemäße Brenner in Gasentladungslampen eingesetzt, die für Kraftfahrzeugscheinwerfer geeignet sind.

Die Brennkammer ist mit einem Gas (beispielsweise Xenon), Salzen (beispielsweise Metallhalogeniden) und einem Potentialformer (beispielsweise Quecksilber oder Zinkjodid) gefüllt. Während des Betriebs bildet sich zwischen den beiden Elektroden im Brennraum ein Lichtbogen aus. Aufgrund der physikalisch bedingten besonderen Krümmung des Entladungsbogens ist die Temperaturverteilung auf einer Außenfläche des Entladungsgefäßes sehr unterschiedlich.

Ein wesentliches Problem besteht darin, dass in einem relativ kleinen Bereich auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes über dem Entladungsbogen sehr hohe Temperaturen auftreten können. Dieser Bereich wird häufig auch als Hotspot (heißer Fleck) bezeichnet. Bei den aus dem Stand der Technik vorbekannten Brennern können im Bereich des Hotspots Maximaltemperaturen von über 900°C erreicht werden.

Für die Anwendung lebensdauerfähiger Beschichtungstechnologien ist eine erhebliche Absenkung der Hotspot-Temperatur notwendig, was jedoch im Falle der Anwendung von Standardkühlmethoden mit drastischen Lichteinbußen verbunden ist.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstig herstellbaren Brenner vorzuschlagen, bei dem ohne Verringerung der Lichtintensität die Maximaltemperatur auf der Außenfläche des Brenners reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Brenner der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Wandung mindestens in einem Bereich, unterhalb dessen sich während des Betriebs des Brenners der Entladungsbogen erstreckt, so dimensioniert ist, dass eine während des Betriebs des Brenners auf einer Außenfläche des Entladungsgefäßes auftretende Maximaltemperatur in einer Größenordnung von etwa 700°C liegt. Die zumindest abschnittsweise Verstärkung der Wandung bewirkt, dass beim Betrieb der Gasentladungslampe im Bereich des sogenannten Hotspots geringere maximale Temperaturen auftreten als es ohne eine Verstärkung der Wandung der Fall wäre. Abhängig von der Dicke des Bereichs der Wandung oberhalb des Entladungsbogens kann die Maximaltemperatur auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes im Bereich des Hotspots auf etwa 700°C und darunter reduziert werden.

Vorzugsweise ist das Entladungsgefäß aus einem transparenten Material mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit hergestellt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das Entladungsgefäß aus Quarzglas hergestellt ist. Quarzglas zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Formstabilität aus. Es kann ferner relativ einfach mit einer Beschichtung versehen werden und ist selbst bei hohen Temperaturen ausgasungsfrei.

Zur Vereinfachung der Herstellung des Brenners wird vorgeschlagen, dass das Entladungsgefäß ein einstückiger Körper ist.

Vorzugsweise kann das Entladungsgefäß bezüglich seiner Längsachse mindestens abschnittsweise rotationssymmetrisch sein.

Vorzugsweise ist das Entladungsgefäß mindestens abschnittsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt. Dadurch können insbesondere in der Nähe des Brennraums scharfe Konturen auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes vermieden werden, die sich als nachteilig erweisen, wenn die Außenfläche des Entladungsgefäßes beschichtet werden soll. Scharfe Konturen erhöhen die Kerbwirkung und können ein Abplatzen der Beschichtung bewirken. Außerdem beeinträchtigen scharfe Konturen auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes die mechanische Stabilität des Brenners.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Brennkammer bezüglich der Längsachse des Entladungsgefäßes nach unten versetzt angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen dem Entladungsbogen, der sich während des Betriebs des Brenners ausbildet, und dem Hotspot auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes vergrößert und damit die Dicke der Wandung oberhalb des Entladungsbogens erhöht werden, ohne dass die Ausdehnung des Entladungsgefäßes in Querrichtung vergrößert werden muss.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann auch die Brennkammer bezüglich ihrer Längsachse mindestens abschnittsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein.

Es hat sich gezeigt, dass relativ scharfe Oberflächenkonturen der Außenfläche des Entladungsgefäßes ein Abplatzen einer Beschichtung zur Folge haben können. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vorgeschlagen, dass die Brennkammer mindestens abschnittsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt ist. Das Entladungsgefäß weist dann entlang seiner Längsachse, insbesondere im Bereich der Brennkammer, einen gleichmäßigen Querschnitt auf.

Die Elektroden können zentriert bezüglich der Längsachse der Brennkammer angeordnet sein.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die Elektroden bezüglich der Längsachse der Brennkammer nach unten versetzt angeordnet sein. Dadurch kann der Abstand zwischen dem Entladungsbogen und dem Hotspot auf der Außenfläche weiter vergrößert werden, so dass in diesem Bereich die Temperatur weiter abgesenkt werden kann.

Um mikroskopische Glasdefekte auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes zu vermeiden und die Außenfläche des Entladungsgefäßes zu glätten, wird in einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass das Entladungsgefäß flammpoliert ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist das Entladungsgefäß mindestens abschnittsweise eine Beschichtung aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) auf. Die TCO-Beschichtung (TCO = transparent conductive oxide; transparentes leitfähiges Oxid) dient als Filter für ultraviolette Strahlung, die während des Betriebs in der Gasentladungslampe entsteht. In dieser Ausführungsform kann daher auf einen Überkolben, der bei herkömmlichen Gasentladungslampen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, zur Filterung der ultravioletten Strahlung vorgesehen ist, verzichtet werden. Darüber hinaus ist die TCO-Beschichtung elektrisch leitend.

Durch die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgestellten konstruktiven Maßnahmen, die eine Reduzierung der Maximaltemperatur auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes bewirken, kann verhindert werden, dass sich die TCO-Beschichtung lokal auf Grund hoher Temperaturen ablöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Beschichtung mindestens teilweise aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) bestehen.

Um die Haltbarkeit der Beschichtung zu verbessern, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass zwischen der Außenfläche des Entladungsgefäßes und der Beschichtung mindestens abschnittsweise eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht ist.

Die Haftvermittlungsschicht kann beispielsweise mindestens teilweise aus Titandioxid bestehen. Titandioxid eignet sich insbesondere für eine TCO-Beschichtung, die aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) besteht.

ZEICHNUNGEN

Zwei Ausführungsbeispiele eines Brenners sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Darin zeigen

1 einen Längsschnitt durch einen Brenner, der gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

2 eine Ansicht des Brenners gemäß 1 von einer Stirnseite;

3 einen Längsschnitt durch einen Brenner, der gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

4 eine Ansicht des Brenners gemäß 3 von einer Stirnseite.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Zunächst wird auf 1 und 2 Bezug genommen, in denen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners 1 dargestellt ist.

Der Brenner 1, der für eine Gasentladungslampe geeignet ist, die insbesondere in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer eingesetzt werden kann, umfasst ein Entladungsgefäß 2, das in diesem Ausführungsbeispiel ein einstückiger Körper aus Glas, vorzugsweise aus Quarzglas, ist. Ein Vorteil von Quarzglas besteht darin, dass es eine relativ geringe thermische Leitfähigkeit besitzt und sich daher besonders für die Ausbildung des Entladungsgefäßes 2, das während des Betriebs hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist, eignet. Das Entladungsgefäß 2 weist in seinem Inneren einen Hohlraum auf, der eine Brennkammer 3 des Brenners 1 bildet. Die gegenüber ihrer Umgebung gekapselte Brennkammer 3 ist durch eine Wandung 7 begrenzt und enthält Gas und Salze, die für den Betrieb des Brenners 1 erforderlich sind.

Man erkennt ferner in 1 eine erste Elektrode 4 und eine zweite Elektrode 5, die sich von gegenüberliegenden Seiten in die Brennkammer 3 erstrecken. Während des Betriebs des Brenners 1 bildet sich zwischen der ersten Elektrode 4 und der zweiten Elektrode 5 ein Entladungsbogen 6 aus, der ebenfalls in 1 dargestellt ist. Die besondere Formung des Entladungsbogens 6 ist physikalisch bedingt.

Der Brenner 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylinderförmig ausgeführt und weist in Längsrichtung betrachtet einen gleichmäßigen runden Querschnitt und eine glatte Außenfläche auf, die frei von scharfen Konturen ist.

Die besondere Krümmung des Entladungsbogens 6 hat zur Folge, dass während des Betriebs des Brenners 1 in verschiedenen Bereichen auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes 2 völlig unterschiedliche Temperaturen auftreten. So ist etwa die Temperatur in einem Bereich auf einer Unterseite des Entladungsgefäßes 2, welcher dem Entladungsbogen 6 gegenüberliegt, verhältnismäßig gering. Demgegenüber kann in einem relativ kleinen Bereich auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes 2, der einen geringen Abstand zum Entladungsbogen 6 besitzt, während des Betriebs des Brenners 1 eine Maximaltemperatur auftreten, die bei herkömmlichen Brennern in der Größenordnung von 900°C und darüber liegen kann. Dieser Bereich auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes 2 wird daher häufig auch als Hotspot 8 bezeichnet.

Zwischen der Brennkammer 3 und der Außenfläche des Entladungsgefäßes 2 ist die Wandung 7 in einem Bereich 70, der in 1 erkennbar ist, unterhalb dessen sich während des Betriebs der Entladungsbogen 6 erstreckt, so dimensioniert, dass die Temperatur auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes 2 im Bereich des Hotspots 8 deutlich unter 900°C reduziert werden kann.

Man erkennt, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Verstärkung der Wandung 7 in dem Bereich 70 unmittelbar dadurch erreicht wird, dass der Brennraum 3 bezüglich der Längsachse im Entladungsgefäß 2 nach unten versetzt angeordnet ist. Diese nach unten versetzte Anordnung des Brennraums 3 und die damit verbundene Verstärkung der Wandung 7 im Bereich 70 oberhalb des Gasentladungsbogens 6 bewirkt, dass eine Maximaltemperatur im Bereich des Hotspots 8 in der Größenordnung von 700°C und darunter erzielt werden kann. Somit kann im Vergleich zum Stand der Technik eine wesentliche Reduktion der maximal auftretenden Temperatur im Bereich des Hotspots 8 erreicht werden, ohne dass dafür eine aktive Kühlung benötigt wird.

Ferner weist das Entladungsgefäß 2 in diesem Ausführungsbeispiel auf seiner Außenfläche eine Beschichtung 9 auf, die aus einem transparenten leitfähigen Oxid besteht. Solche Beschichtungen werden auch als TCO-Beschichtungen bezeichnet (TCO = transparent conductive oxide; transparentes leitfähiges Oxid). Ein Beispiel für TCO-Beschichtungen ist eine Indium-Zinn-Oxid-Beschichtung. Die Beschichtung 9 ist elektrisch leitend und absorbiert gleichzeitig ultraviolette Strahlung, die während des Betriebs der Gasentladungslampe entsteht.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die gesamte Außenfläche des Entladungsgefäßes 2 eine TCO-Beschichtung 9 aufweist.

Beispielsweise kann ein Indium-Zink-Oxid-Streifen nur auf einer unteren Hälfte des Entladungsgefäßes 2 vorgesehen sein, um auf diese Weise die für eine Zündung der Gasentladung im Brennraum 3 benötigte Zündspannung zu reduzieren.

Bei der Herstellung der TCO-Beschichtung 9 kann zwischen der Außenfläche des Entladungsgefäßes 2 und der TCO-Beschichtung 9 eine weitere, hier nicht explizit dargestellte Beschichtung vorgesehen sein, die als Haftvermittlungsschicht für die TCO-Beschichtung dient. Bei der Verwendung einer Indium-Zinn-Oxid-Beschichtung kann beispielsweise eine Haftvermittlungsschicht, die aus Titandioxid besteht, eingesetzt werden.

Dadurch, dass auf Grund der zylindrischen Form des Entladungsgefäßes 2 scharfe Konturen auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes 2 vermieden werden, kann die Kerbwirkung auf die Beschichtung 9 verringert werden.

Mit Hilfe des hier vorgestellten Entladungsgefäßes 2 mit der besonderen Anordnung des Brennraums 3 kann die Oberflächentemperatur im Bereich des Hotspots 8 verringert werden, ohne dass die Lichtabgabe reduziert wird. Die Temperaturverhältnisse im Brennraum (Thermomanagement) bleiben erhalten. Ferner kann verhindert werden, dass sich die Beschichtung 9 auf Grund von zu hohen Temperaturen auf der Außenfläche des Entladungsgefäßes (insbesondere im Bereich des Hotspots 8) ablöst.

In 3 und 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Brenners 1 dargestellt. Der Aufbau des Brenners 1 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass die Elektroden 4, 5 zusätzlich bezüglich einer Längsachse der Brennkammer 3 nach unten versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen dem Entladungsbogen 6 und dem Bereich 70, unterhalb dessen sich der Entladungsbogen 6 im Betrieb erstreckt, im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel weiter vergrößert werden. Dadurch kann die Temperatur auf der Außenfläche des Brennerrohrs 2 im Bereich des Hotspots 8 weiter verringert werden, ohne dass am Entladungsgefäß 2 weitere konstruktive Änderungen vorgenommen werden müssen.

Claims

Brenner (1), geeignet für eine Gasentladungslampe, umfassend: – ein Entladungsgefäß (2), das in einem Hohlraum eine Brennkammer (3) aufweist, die durch eine Wandung (7) begrenzt ist; – mindestens zwei Elektroden (4, 5), die sich von gegenüberliegenden Seiten in die Brennkammer (3) erstrecken und zwischen denen sich während des Betriebs ein Entladungsbogen (6) ausbildet; dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (7) mindestens in einem Bereich (70), unterhalb dessen sich während des Betriebs des Brenners (1) der Entladungsbogen (6) erstreckt, so dimensioniert ist, dass eine während des Betriebs des Brenners auf einer Außenfläche des Entladungsgefäßes (2) auftretende Maximaltemperatur in einer Größenordnung von etwa 700°C liegt.
Brenner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) aus einem transparenten Material mit einer niedrigen thermischen Leitfähigkeit hergestellt ist.
Brenner (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) aus Quarzglas hergestellt ist.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) ein einstückiger Körper ist.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) bezüglich seiner Längsachse mindestens abschnittsweise rotationssymmetrisch ist.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) mindestens abschnittsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt ist.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (3) bezüglich der Längsachse des Entladungsgefäßes (2) nach unten versetzt angeordnet ist.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (3) bezüglich ihrer Längsachse mindestens abschnittsweise rotationssymmetrisch ist.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (3) mindestens abschnittsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt ist.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4, 5) bezüglich der Längsachse der Brennkammer (2) zentriert angeordnet sind.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (4, 5) bezüglich der Längsachse der Brennkammer (2) nach unten versetzt angeordnet sind.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) flammpoliert ist.
Brenner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (2) mindestens abschnittsweise eine Beschichtung (9) aus einem transparenten leitfähigen Oxid (TCO) aufweist.
Brenner (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (9) mindestens teilweise aus Indium-Zinn-Oxid besteht.
Brenner (1) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Außenfläche des Entladungsgefäßes (2) und der Beschichtung (9) mindestens abschnittsweise eine Haftvermittlungsschicht aufgebracht ist.
Brenner (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlungsschicht mindestens teilweise aus Titandioxid besteht.