DE102005038350A1

DE102005038350A1 - Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102005038350A1
Application number: DE102005038350A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Werner
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2007-02-15
Also published as: US20090102382A1; EP1913625A1; JP2009505340A; CN101243537A; WO2007017204A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochdruckentladungslampe mit einer Nennleistung kleiner als 50 Watt, die ein Entladungsgefäß (11) aus Quarzglas mit darin angeordneten, stabförmigen Elektroden (13, 14) und einer ionisierbaren Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung aufweist, wobei die ionisierbare Füllung Quecksilber, Metallhalogenide und Edelgas umfasst. Die erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen besitzen dickere Elektroden (13, 14) als die gattungsgemäßen Hochdruckentladungslampen gemäß dem Stand der Technik. Die Dicke bzw. der Durchmesser der Elektroden (13, 14) der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen liegt im Bereich von 0,255 Millimeter bis 0,350 Millimeter, um die Lebenserwartung der Hochdruckentladungslampen zu erhöhen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der EP 0 786 791 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer mit einer Nennleistung von 35 Watt und einem Entladungsgefäß aus Quarzglas, in dem zwei stabförmige Wolframelektroden und eine ionsisierbare Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung angeordnet sind, wobei die ionisierbare Füllung Quecksilber, Metallhalogenide und Edelgas umfasst. Die stabförmigen Elektroden besitzen bei derartigen Hochdruckentladungslampe üblicherweise eine Dicke bzw. einen Durchmesser im Bereich von 0,240 mm bis 0,250 mm.

II. Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, die eine höhere Lebenserwartung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe mit einer Nennleistung kleiner als 50 Watt besitzt ein Entladungsgefäß aus Quarzglas mit darin angeordneten, stabförmigen Elektroden und einer ionisierbarer Füllung, die Quecksilber, Metallhalogenide und Edelgas umfasst, zum Erzeugen einer Gasentladung. Die stabförmigen Elektroden der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe weisen eine Dicke im Bereich von 0,255 mm bis 0,350 mm auf und sind damit deutlich dicker als die Elektroden der Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik, die eine Dicke von nur 0,240 mm bis 0,250 mm besitzen.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die Verwendung dickerer Elektroden mit einem Durchmesser bis einschließlich 0,350 mm bei den gattungsgemäßen Hochdruckentladungslampen deren Lebenserwartung deutlich erhöht werden kann. Werden allerdings Elektroden mit einem Durchmesser bzw. einer Dicke von mehr als 0,350 mm in den gattungsgemäßen Hochdruckentladungslampe verwendet, so treten während des Lampenbetriebs im Entladungsgefäß, bedingt durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Quarzglas und Elektrodenmaterial, vermehrt Risse auf, welche das Entladungsgefäß undicht werden lassen.

In der 1 ist die Abnahme des Lichtstroms mit der Betriebsdauer der Hochdruckentladungslampe für eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe und für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Auf der vertikalen Achse ist in 1 der Lichtstrom in Prozent des anfänglichen Lichtstroms der jeweiligen Hochdruckentladungslampe in Abhängigkeit von der Betriebsdauer in Stunden aufgetragen. Die Messkurve 1 zeigt die Abnahme des Lichtstroms in Abhängigkeit von ihrer Betriebsdauer für eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe, während die Messkurve 2 die Abnahme des Lichtstroms in Abhängigkeit von ihrer Betriebsdauer für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht. Es ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe nach einer Betriebsdauer von 1500 Stunden noch 83 Prozent ihres anfänglichen Lichtstroms besitzt, während die Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik nach 1500 Betriebsstunden nur noch 74 Prozent ihres anfänglichen Lichtstroms besitzt.

In der 2 ist für dieselben Hochdruckentladungslampen der Verlauf ihrer Brennspannung in Abhängigkeit von ihrer Betriebsdauer dargestellt. Die Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe ist ihre Betriebsspannung im quasi-stationären Lampenbetrieb, nach Beendigung ihrer Zünd- und Anlaufphase. Sie liegt typischer weise im Bereich von ca. 80 Volt bis 100 Volt. In der 2 ist auf der vertikalen Achse die Brennspannung in Prozent ihrer anfänglichen Brennspannung für die jeweilige Hochdruckentladungslampe in Abhängigkeit von ihrer Betriebsdauer in Stunden dargestellt. Die Messkurve 1 in 2 zeigt die Veränderung der Brennspannung in Abhängigkeit von ihrer Betriebsdauer für die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe, während Messkurve 2 die Veränderung der Brennspannung in Abhängigkeit von ihrer Betriebsdauer für die Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht. Es ist zu erkennen, dass bei der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe die Brennspannung während des Betriebs in geringerem Maße zunimmt als bei der Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik. Die Zunahme der Brennspannung mit der Betriebsdauer wird durch eine Vergrößerung des Elektrodenabstands, bedingt durch ein teilweises Abbrennen der Elektroden, und durch Verluste von Füllungsbestandteilen in der ionisierbaren Füllung verursacht. Bei den Verlusten von Füllungsbestandteilen handelt es sich beispielsweise um den Verlust von Natrium, bedingt durch eine Diffusion von Natriumionen zur Entladungsgefäßwand, oder um den Verlust von Scandium, bedingt durch eine chemische Reaktion des Scandiums mit dem Quarzglas des Entladungsgefäßes. Durch den Verlust von Natrium und Scandium entsteht im Entladungsraum ungebundenes Jod, das einen Anstieg der Brennspannung verursacht.

Gemäß den Darstellungen in den 1 und 2 und den obigen Erläuterungen weist die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe im Vergleich zu der Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik eine geringere Abnahme des Lichtstroms und einen geringeren Anstieg der Brennspannung während ihrer Betriebsdauer auf. Dem entsprechend besitzt die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe eine höhere Lebenserwartung als die Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik.

In der 3 ist für die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe und die Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik zusätzlich die Veränderung des Farbortes des von diesen Hochdruckentladungslampen emittierten Lichts in Abhängigkeit von der Betriebsdauer dieser Hochdruckentladungslampe dargestellt.

Die Achsen des Diagramms in 3 entsprechen den Farbkoordinaten x und y gemäß der Normfarbtafel nach DIN 5033. Durch mehrere Geraden sind in der 3 die Farborte gleicher Farbtemperatur für verschiedene Farbtemperaturwerte im Bereich von 3500 Kelvin bis 5000 Kelvin dargestellt. Die Kurve 1 zeigt die Verschiebung des Farbortes in Abhängigkeit von der Betriebsdauer für die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe, während Kurve 2 die Verschiebung des Farbortes in Abhängigkeit von der Betriebsdauer für die Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht. Es wurden hier dieselben Messpunkte wie in den 1 und 2 ausgewertet, das heißt, die Messungen wurden jeweils nach 0, 100, 500, 1000 und 1500 Betriebsstunden durchgeführt. Gemäß der Kurve 1 in 3 liegt der Farbort des anfänglich von der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe emittierten weißen Lichts bei den Farbkoordinaten von x ungefähr gleich 0,378 und y ungefähr gleich 0,39 und das anfänglich emittierte Licht besitzt eine Farbtemperatur von ca. 4200 Kelvin. Mit zunehmender Betriebsdauer verschiebt sich der Farbort des von der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe emittierten Lichts zu Farborten mit geringeren Werten für die Farbkoordinaten x und y und die Farbtemperatur des emittierten Lichts wächst an bis auf ca. 4700 Kelvin nach 1500 Betriebsstunden. Gemäß der Kurve 2 in 3 liegt der Farbort des anfänglich von der Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik emittierten weißen Lichts bei den Farbkoordinaten von x ungefähr gleich 0,382 und y ungefähr gleich 0,39 und das anfänglich emittierte Licht besitzt eine Farbtemperatur von ca. 4100 Kelvin. Mit zunehmender Betriebsdauer verschiebt sich der Farbort des von der Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik emittierten Lichts zu Farborten mit geringeren Werten für die Farbkoordinaten x und y und die Farbtemperatur des emittierten Lichts wächst an bis auf ca. 4700 Kelvin nach 1500 Betriebsstunden.

Die Elektroden der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe bestehen vorzugsweise aus thoriertem Wolfram, das heißt, aus Wolfram, das mit Thoriumoxid dotiert ist, um die Zündwilligkeit der Hochdruckentladungslampe zu verbessern und die Elektronenaustrittsarbeit des Wolframmaterials zu verringern.

III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 Den Lichtstrom in Abhängigkeit von der Betriebsdauer für eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe und für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik
2 Die Brennspannung in Abhängigkeit von der Betriebsdauer für eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe und für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik
3 Die Veränderung des Farborts in Abhängigkeit von der Betriebsdauer für eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe und für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik
4 Eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe Bei dem in 4 abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Hochdruckentladungslampe handelt es sich um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Diese Hochdruckentladungslampe besitzt ein von einem gläsernen Außenkolben 12 umschlossenes Entladungsgefäß 11 aus Quarzglas mit darin angeordneten Elektroden 13, 14 aus thoriertem Wolfram und einer ionisierbaren Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung. Die Elektroden 13, 14 sind jeweils mit einer aus dem Entladungsgefäß 11 herausgeführten Stromzuführung 15 bzw. 16 verbunden, über die sie mit elektrischer Energie versorgt werden. Die aus dem Entladungsgefäß 11 und dem Außenkolben 12 bestehende Baueinheit 1 ist im Oberteil 22 des Lampensockels 2 fixiert. Der Lampensockel 2 umfasst ein im wesentlichen quaderförmiges Sockelunterteil 21 mit einem elektrischen Anschluss 40 zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe. Im Innenraum des Unterteils 21 sind die Komponenten einer Impulszündvorrichtung für die Hochdruckentladungslampe angeordnet. Die beiden Elektro den 13, 14 der Hochdruckentladungslampe sind stabförmig ausgebildet und besitzen jeweils einen Durchmesser bzw. eine Dicke von 0,300 mm. Der Abstand zwischen den entladungsseitigen Enden der Elektroden 13, 14 beträgt 4,2 mm. Das von der Entladungsseite abgewandte Ende der Elektrode 13 bzw. 14 ist jeweils mit einer Molybdänfolie 17 bzw. 18 verschweißt, die in dem jeweiligen abgedichteten Ende des Entladungsgefäßes 11 gasdicht eingebettet ist und die elektrische Verbindung zur Stromzuführung 15 bzw. 16 herstellt. Die im Entladungsgefäß 11 eingeschlossene ionisierbare Füllung umfasst Xenon, Quecksilber und Metallhalogenide, insbesondere Natriumjodid und Scandiumjodid sowie ggf. Halogenide weiterer Metalle.
Die Messungen gemäß der Kurve 1 in den 1 bis 3 wurden jeweils an der Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel durchgeführt, deren Elektroden (13, 14) einen Durchmesser von 0,300 mm besitzen. Die Vergleichsmessungen gemäß der Kurve 2 in den 1 bis 3 wurden an einer gattungsgemäßen Hochdruckentladungslampe mit einem Elektrodendurchmesser von 0,240 mm durchgeführt.

Claims

Hochdruckentladungslampe mit einer Nennleistung kleiner als 50 Watt, die ein Entladungsgefäß (11) aus Quarzglas mit darin angeordneten, stabförmigen Elektroden (13, 14) und einer ionisierbarer Füllung zum Erzeugen einer Gasentladung aufweist, wobei die ionisierbare Füllung Quecksilber, Metallhalogenide und Edelgas umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Elektroden (13, 14) eine Dicke im Bereich von 0,255 Millimeter bis 0,350 Millimeter besitzen.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (13, 14) aus thoriertem Wolfram bestehen.