DE102009052999A1 - High pressure discharge lamp - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer mit einem gasdicht verschlossenen Entladungsgefäß (10), das einen Entladungsraum (106) besitzt, in dem Elektroden (11, 12) und eine Füllung zur Erzeugung einer Gasentladung eingeschlossen sind, wobei die Füllung als quecksilberfreie Füllung ausgebildet ist, die zumindest Xenon und Halogenide von Natrium, Scandium und Zink enthält, wobei die Füllung einen Zinkhalogenidanteil im Bereich von 0 mg bis 1 mg pro 1 cm3 des Entladungsraumvolumens besitzt und die Menge der Halogenide, die im Entladungsraum (106) des Entladungsgefäßes (10) vorhanden ist, im Bereich von 8 mg bis 15 mg pro 1 cm3 des Entladungsraumvolumens liegt, der Kaltfülldruck von Xenon im Bereich von 1,0 Megapascal bis 1,8 Megapascal liegt und das Volumen des Entladungsraums (106) des Entladungsgefäßes (10) einen Wert im Bereich von 0,015 cm3 bis 0,022 cm3 besitzt.The invention relates to a high-pressure discharge lamp for vehicle headlights with a gas-tight discharge vessel (10) having a discharge space (106) in which electrodes (11, 12) and a filling for generating a gas discharge are enclosed, wherein the filling is formed as a mercury-free filling containing at least xenon and halides of sodium, scandium and zinc, the filling having a zinc halide content in the range of 0 mg to 1 mg per 1 cm 3 of the discharge space volume and the amount of halides remaining in the discharge space (106) of the discharge vessel (10 ), is in the range of 8 mg to 15 mg per 1 cm 3 of the discharge space volume, the cold filling pressure of xenon is in the range of 1.0 megapascals to 1.8 megapascals and the volume of the discharge space (106) of the discharge vessel (10) has a value in the range of 0.015 cm 3 to 0.022 cm 3 .
Description
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a high-pressure discharge lamp according to the preamble of patent claim 1.
I. Stand der TechnikI. State of the art
Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielweise in der
Die Patentschrift
Die Zinkkomponente der Füllung ersetzt das früher verwendete Quecksilber und wird zur Einstellung der sogenannten Brennspannung der Hochdruckentladungslampe benötigt. Der Begriff Brennspannung bezeichnet die Betriebsspannung der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung ihrer Zünd- und Anlaufphase und dem Erreichen ihres quasistationären Betriebszustands, in dem alle Füllungskomponenten im gasförmigen Zustand vorliegen. Die Verwendung der Zinkkomponente in der Füllung hat aber den Nachteil, dass der von der Hochdruckentladungslampe generierte Lichtstrom mit zunehmendem Zinkanteil in der Füllung sinkt.The zinc component of the filling replaces the mercury used earlier and is needed to adjust the so-called burning voltage of the high-pressure discharge lamp. The term firing voltage refers to the operating voltage of the high-pressure discharge lamp after completion of its ignition and start-up phase and the achievement of its quasi-steady-state operating state in which all filling components are present in the gaseous state. However, the use of the zinc component in the filling has the disadvantage that the luminous flux generated by the high-pressure discharge lamp decreases with increasing zinc content in the filling.
II. Darstellung der ErfindungII. Presentation of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, die den vorgenannten Nachteil nicht aufweist. Insbesondere soll eine Hochdruckentladungslampe mit einer quecksilberfreien Füllung bereitgestellt werden, die eine im Vergleich zum oben zitierten Stand der Technik reduzierte elektrische Leistungsaufnahme und eine vergleichbare Brennspannung besitzt sowie einen für die Verwendung als Lichtquelle im Fahrzeugscheinwerfer ausreichend hohen Lichtstrom generiert.It is an object of the invention to provide a generic high-pressure discharge lamp, which does not have the aforementioned disadvantage. In particular, a high-pressure discharge lamp with a mercury-free filling is to be provided, which has a reduced compared to the above-cited prior art electrical power consumption and a comparable burning voltage and generates a sufficiently high for use as a light source in the vehicle headlights luminous flux.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochdruckentladungslampe mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.This object is achieved by a high-pressure discharge lamp with the features of claim 1. Particularly advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe ist als Lichtquelle in Frontscheinwerfern von Kraftfahrzeugen vorgesehen und besitzt ein gasdicht verschlossenes Entladungsgefäß mit einem Entladungsraum, in dem Elektroden und eine Füllung zur Erzeugung einer Gasentladung eingeschlossen sind, wobei die Füllung als quecksilberfreie Füllung ausgebildet ist, die zumindest Xenon und Halogenide von Natrium, Scandium, und Zink enthält. Erfindungsgemäß ist die Füllung als Füllung mit reduziertem Zinkanteil oder als zinkfreie Füllung mit einem Zinkhalogenidanteil im Bereich von 0 mg bis 1,0 mg pro 1 cm3 des Entladungsraumvolumens ausgebildet, liegt die Menge der Halogenide im Entladungsraum im Bereich von 8 mg bis 15 mg pro 1 cm3 des Entladungsraumvolumens, liegt der Kaltfülldruck von Xenon (das ist der Druck des Xenons im Entladungsraum, gemessen bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius) im Bereich von 1,0 Megapascal bis 1,8 Megapascal und besitzt das Volumen des Entladungsraums einen Wert im Bereich von 0,015 cm3 bis 0,022 cm3. Der Begriff quecksilberfreie Füllung bedeutet, dass weder Quecksilber noch eine Quecksilberverbindung in den Entladungsraum des Entladungsgefäßes eingebracht sind.The high-pressure discharge lamp according to the invention is provided as a light source in headlights of motor vehicles and has a discharge chamber sealed in a gas-tight manner, in which electrodes and a filling for generating a gas discharge are enclosed, wherein the filling is formed as a mercury-free filling, the at least xenon and halides of sodium , Scandium, and zinc. According to the invention, the filling is formed as a filling with a reduced zinc content or as zinc-free filling with a zinc halide content in the range of 0 mg to 1.0 mg per 1 cm 3 of the discharge space volume, the amount of halides in the discharge space in the range of 8 mg to 15 mg per 1 cm 3 of the discharge space volume, the cold filling pressure of xenon (that is the pressure of the xenon in the discharge space, measured at a temperature of 25 degrees Celsius) is in the range of 1.0 megapascal to 1.8 megapascal and has the volume of the discharge space a value in the range of 0.015 cm 3 to 0.022 cm 3 . The term mercury-free filling means that neither mercury nor a mercury compound is introduced into the discharge space of the discharge vessel.
Durch die vorgenannten Merkmale wird erfindungsgemäß eine Hochdruckentladungslampe ermöglicht, die gegenüber der Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik eine reduzierte elektrische Leistungsaufnahme bei vergleichbarer Brennspannung besitzt und einen ausreichend hohen Lichtstrom generiert, so dass sie als Lichtquelle in Frontscheinwerfern von Kraftfahrzeugen geeignet ist. Insbesondere durch die Reduzierung von Zink und Halogeniden des Zink in der Füllung kann ein hoher Lichtstrom erreicht werden. Der vergleichsweise hohe Fülldruck des Xenon trägt zusammen mit dem geringen Volumen des Entladungsraums und der Dosierung der Metallhalogenide zu einer ausreichend hohen Brennspannung der Hochdruckentladungslampe bei, so dass auf die Zugabe von Quecksilber bzw. Quecksilberverbindungen zur Füllung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe zwecks Einstellung ihrer Brennspannung verzichtet werden kann.By the aforementioned features, a high-pressure discharge lamp is made possible according to the invention, which has a reduced electrical power consumption at comparable burning voltage compared to the high-pressure discharge lamp according to the prior art and generates a sufficiently high luminous flux, so that it is suitable as a light source in headlights of motor vehicles. In particular, by reducing the zinc and halides of the zinc in the filling, a high luminous flux can be achieved. The comparatively high filling pressure of the xenon, together with the small volume of the discharge space and the metering of the metal halides, contribute to a sufficiently high burning voltage of the high-pressure discharge lamp, so that the addition of mercury or mercury compounds for filling the high-pressure discharge lamp according to the invention for the purpose of adjusting its burning voltage can be dispensed with ,
Vorteilhafterweise ist der Anteil von Zinkhalogenid in der Füllung größer als 0 mg pro 1 cm3 des Entladungsraumvolumens und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 mg bis 1,0 mg pro 1 cm3 des Entladungsraumvolumens, um eine ausreichend hohe Brennspannung und Lichtstrom der Hochdruckentladungslampe zu gewährleisten. In
Vorteilhafterweise enthält die Füllung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe zusätzlich Indiumhalogenid, wobei der Anteil von Indiumhalogenid in der Füllung kleiner oder gleich 3,0 Gewichtsprozent der Gesamtmenge der Halogenide ist und damit deutlich geringer als der Anteil von Natrium- und Scandiumhalogenid in der Füllung ist. Der geringe Indiumhalogenidanteil in der Füllung dient zur Einstellung des Farborts des von der Hochdruckentladungslampe emittierten weißen Lichts in der
Vorteilhafterweise liegt der Anteil von Natriumhalogenid in der Füllung im Bereich von 30 Gewichtsprozent bis 50 Gewichtsprozent der Gesamtmenge der Halogenide und der Anteil von Scandiumhalogenid in der Füllung im Bereich von 30 Gewichtsprozent bis 60 Gewichtsprozent der Gesamtmenge der Halogenide, um weißes Licht gemäß der
Vorteilhafterweise ist der Anteil an Zinkhalogenid in der Füllung kleiner oder gleich 6 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmenge der Halogenide. Damit lässt sich eine ausreichend hohe Brennspannung (40 V) einstellen, ohne dass der Lichtstrom durch die Zugabe von Zink zu gering wird.Advantageously, the proportion of zinc halide in the charge is less than or equal to 6 percent by weight based on the total amount of halides. This makes it possible to set a sufficiently high burning voltage (40 V) without the luminous flux being too low due to the addition of zinc.
Das Entladungsgefäß der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe besitzt vorteilhafterweise im Bereich des Entladungsraums eine ellipsoidförmige Außenkontur und im Bereich zwischen den Elektroden eine kreiszylindrische Innenkontur wobei für das Verhältnis der Wandstärke des Entladungsgefäßes die Beziehung
Aufgrund des vorgenannten Wandstärkenverhältnisses besitzt das Entladungsgefäß der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe eine geringere konvexe Krümmung als das Entladungsgefäß von Hochdruckentladungslampen gemäß dem Stand der Technik. Daher kann bei der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe beispielsweise der für Fahrzeugscheinwerferlampen vorgeschriebene optische bzw. optisch wirksame Elektrodenabstand von 4,2 mm gemäß
Vorzugsweise besitzt das Entladungsgefäß im Bereich zwischen den Elektroden einen Innendurchmesser im Bereich von 2,0 mm bis 2,7 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 2,1 mm und 2,4 mm, und einen Außendurchmesser im Bereich von 5,0 mm und 6,0 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 5,3 mm und 5,7 mm. Dadurch besitzt das Entladungsgefäß im Bereich zwischen den Elektroden eine vergleichsweise hohe Wandstärke, die zu einem verbesserten Berstschutz und einer guten thermischen Isolierung des Entladungsgefäßes beiträgt.Preferably, the discharge vessel in the region between the electrodes has an inner diameter in the range of 2.0 mm to 2.7 mm, more preferably in the range of 2.1 mm and 2.4 mm, and an outer diameter in the range of 5.0 mm and 6.0 mm, more preferably in the range of 5.3 mm and 5.7 mm. As a result, the discharge vessel in the region between the electrodes has a comparatively high wall thickness, which too an improved burst protection and a good thermal insulation of the discharge vessel contributes.
Die Elektroden der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe sind vorzugsweise stabförmig ausgebildet und besitzen einen Durchmesser, der vorzugsweise im Bereich von 0,20 mm bis 0,30 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,25 mm bis 0,27 mm liegt, um eine hohe Stromtragfähigkeit der Elektroden zu gewährleisten, so dass die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe während der sogenannten Anlaufphase, die unmittelbar auf die Zündphase folgt und während der die Halogenide der Füllung verdampfen, mit dem drei- bis fünffachen Wert der Nennleistung betrieben werden kann und dadurch ein möglichst schneller Übergang in den quasistationären Betriebszustand der Hochdruckentladungslampe erreicht werden kann.The electrodes of the high-pressure discharge lamp according to the invention are preferably rod-shaped and have a diameter which is preferably in the range of 0.20 mm to 0.30 mm and particularly preferably in the range of 0.25 mm to 0.27 mm in order to ensure a high current carrying capacity of To ensure electrodes, so that the high-pressure discharge lamp according to the invention during the so-called start-up phase, which immediately follows the ignition phase and during which vaporize the halides of the filling, can be operated with three to five times the value of the rated power and thereby the fastest possible transition in the quasi-stationary Operating state of the high pressure discharge lamp can be achieved.
Wie bereits oben erwähnt wurde, liegt der Kaltfülldruck von Xenon bei der Füllung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe im Bereich von 1,0 Megapascal bis 1,8 Megapascal. Besonders bevorzugt ist allerdings der Bereich von 1,5 Megapascal bis 1,7 Megapascal, weil durch den vergleichsweise hohen Xenondruck die Brennspannung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe erhöht werden kann und mittels des hohen Xenondrucks bereits unmittelbar nach der Zündung der Hochdruckentladungslampe weißes Licht erzeugt werden kann.As already mentioned above, the cold filling pressure of xenon in the filling of the high-pressure discharge lamp according to the invention is in the range from 1.0 megapascal to 1.8 megapascal. However, the range of 1.5 megapascals to 1.7 megapascals is particularly preferred because the burning voltage of the high-pressure discharge lamp according to the invention can be increased by the comparatively high xenon pressure and white light can already be generated by means of the high xenon pressure immediately after the ignition of the high-pressure discharge lamp.
Die Menge der Halogenide im Innenraum des Entladungsgefäßes der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe liegt im Bereich von 8 Milligramm bis 15 Milligramm pro 1 Kubikzentimeter des Entladungsraumvolumens und das Entladungsraumvolumen besitzt einen Wert im Bereich von 0,015 Kubikzentimeter bis 0,022 Kubikzentimeter, wie bereits oben erwähnt wurde. Besonders bevorzugt ist eine Halogenidmenge im Bereich von 10 Milligramm bis 14 Milligramm pro 1 Kubikzentimeter des Entladungsraumvolumens und ein Entladungsraumvolumen im Bereich von 0,016 Kubikzentimeter bis 0,019 Kubikzentimeter für die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe, um eine elektrische Leistungsaufnahme im Bereich von 22 Watt bis 28 Watt im quasistationären Betriebszustand der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe zu ermöglichen.The amount of halides in the interior of the discharge vessel of the high-pressure discharge lamp according to the invention is in the range of 8 milligrams to 15 milligrams per 1 cubic centimeter of the discharge space volume and the discharge space volume has a value in the range of 0.015 cubic centimeters to 0.022 cubic centimeters, as already mentioned above. Particularly preferred is a halide amount in the range of 10 milligrams to 14 milligrams per cubic centimeter of the discharge space volume and a discharge space volume in the range of 0.016 cubic centimeters to 0.019 cubic centimeters for the high pressure discharge lamp of the invention to provide an electrical power consumption in the range of 22 watts to 28 watts in the quasi steady state operating condition To enable high pressure discharge lamp according to the invention.
Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe kann derart ausgebildet sein, dass sie während ihres Betriebs einen Lichtstrom von kleiner oder gleich 2000 lm erzeugt, um die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe in Fahrzeugscheinwerfer einsetzen zu können, die keine Scheinwerferwaschanlage besitzen.The high-pressure discharge lamp according to the invention can be embodied such that it produces a luminous flux of less than or equal to 2000 lm during its operation in order to be able to use the high-pressure discharge lamp according to the invention in vehicle headlamps which have no headlight washer system.
III. Beschreibung des bevorzugten AusführungsbeispielsIII. Description of the Preferred Embodiment
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment. Show it:
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von 25 Watt. Diese Lampe ist für den Einsatz in einem Fahrzeugfrontscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß
In der Mitte des Entladungsraumes
Der der Stromrückführung
Die in dem Entladungsgefäß eingeschlossene ionisierbare Füllung besteht aus Xenon mit einem Kaltfülldruck, das heißt einem bei einer Temperatur von 25°C gemessenen Fülldruck, von 1,6 Megapascal, und den Jodiden von Natrium, Scandium, Zink und Indium. Die Brennspannung der Lampe beträgt ca. 40 Volt. Ihre Farbtemperatur liegt bei ca. 4500 Kelvin. Die Gesamtmenge der Halogenide bzw. Jodide der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium in der Füllung beträgt 13,83 mg/cm3, das heißt 13,83 Milligramm pro 1 Kubikzentimeter Entladungsraumvolumen, wobei die Gewichtsanteile der Jodide der Metalle Natrium-, Scandium, Zink und Indium bezogen auf die gesamte Menge der Halogenide wie folgt lauten:
- Natriumjodid:
- 43,4 Gewichtsprozent, entsprechend einer Füllmenge von 6 mg/cm3
- Scandiumjodid:
- 50,6 Gewichtsprozent, entsprechend einer Füllmenge von 7 mg/cm3
- Zinkjodid:
- 5,8 Gewichtsprozent, entsprechend einer
Füllmenge von 0,8 mg/cm3 - Indiumjodid:
- 0,2 Gewichtsprozent, entsprechend einer
Füllmenge von 0,03 mg/cm3
- sodium:
- 43.4% by weight, corresponding to a capacity of 6 mg / cm 3
- scandium:
- 50.6 weight percent, corresponding to a capacity of 7 mg / cm 3
- iodide:
- 5.8% by weight, corresponding to a capacity of 0.8 mg / cm 3
- indium:
- 0.2 weight percent, corresponding to a capacity of 0.03 mg / cm 3
Dies entspricht einem molaren Natrium zu Scandiumverhältnis von 2,5:1. Der Farbwiedergabeindex der Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe beträgt 65 und ihre Lichtausbeute beträgt 90 lm/W. Die Wandbelastung beträgt ca. 80 W/cm2. Die Hochdruckentladungslampe erzeugt einen Lichtstrom von kleiner oder gleich 2000 lm und kann daher in Fahrzeugscheinwerfern ohne Scheinwerferwaschanlage betrieben werden, um beispielsweise ein Tagfahrlicht, Nebellicht oder Dauerfahrlicht zu generieren.This corresponds to a molar sodium to scandium ratio of 2.5: 1. The color rendering index of the metal halide high pressure discharge lamp is 65 and its luminous efficacy is 90 lm / W. The wall load is about 80 W / cm 2 . The high-pressure discharge lamp generates a luminous flux of less than or equal to 2000 lm and can therefore be operated in vehicle headlamps without headlight washer, for example, to generate a daytime running light, fog light or continuous running light.
Die erfindungsgemäße Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe wird unmittelbar nach der Zündung der Gasentladung im Entladungsgefäß mit dem drei- bis fünffachen ihrer Nennleistung bzw. ihres Nennstroms betrieben, um ein schnelles Verdampfen der Metallhalogenide in der ionisierbaren Füllung zu gewährleisten. Unmittelbar nach dem Zünden der Gasentladung wird diese fast ausschließlich vom Xenon getragen, da nur das Xenon zu diesem Zeitpunkt gasförmig im Entladungsgefäß vorliegt. Die Hochdruckentladungslampe arbeitet zu diesem Zeitpunkt und während der so genannten Anlaufphase, während der die Metallhalogenide der ionisierbaren Füllung in die Dampfphase übergehen, daher wie eine Xenon-Höchstdruckentladungslampe, bei der sowohl die Lichtemission als auch die elektrische Eigenschaften der Entladung, insbesondere der Spannungsabfall über der Entladungsstrecke, allein vom Xenon und dem Elektrodenabstand bestimmt werden. Erst wenn die oben genannten Jodide der ionisierbaren Füllung verdampft sind und diese an der Entladung teilnehmen, ist ein quasistationärer Betriebszustand der Lampe erreicht, in dem die Lampe mit ihrer Nennleistung von 25 Watt und einer Brennspannung von 40 Volt betrieben wird. Der Begriff Brennspannung bezeichnet demzufolge die Betriebsspannung der Hochdruckentladungslampe im quasistationären Betrieb.The metal halide high-pressure discharge lamp according to the invention is operated immediately after the ignition of the gas discharge in the discharge vessel with three to five times its rated power or rated current to a fast To ensure evaporation of the metal halides in the ionizable filling. Immediately after the ignition of the gas discharge, it is almost exclusively carried by the xenon, since only the xenon is present in gaseous form in the discharge vessel at this time. The high-pressure discharge lamp operates at this time and during the so-called start-up phase, during which the metal halides of the ionizable filling in the vapor phase, so like a high-pressure xenon discharge lamp, in which both the light emission and the electrical properties of the discharge, in particular the voltage drop across the Discharge range, to be determined solely by the xenon and the electrode distance. Only when the above-mentioned iodides of the ionizable filling are vaporized and they participate in the discharge, a quasi-stationary operating state of the lamp is reached, in which the lamp is operated with its rated power of 25 watts and a burning voltage of 40 volts. The term burning voltage therefore refers to the operating voltage of the high-pressure discharge lamp in quasi-stationary operation.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das oben näher erläuterte Ausführungsbeispiel. Beispielsweise kann die Füllung zusätzlich zu den Jodiden der Metalle Natrium, Scandium und Indium auch Thuliumjodid enthalten. Ferner können anstelle von Jodiden der vorgenannten Metalle oder zusätzlich zu den Jodiden dieser Metalle auch andere Halogenide, beispielsweise Bromide oder Chloride dieser Metalle in der Füllung verwendet werden.The invention is not limited to the embodiment explained in more detail above. For example, in addition to the iodides of the metals sodium, scandium and indium, the filling may also contain thulium iodide. Furthermore, other halides, for example, bromides or chlorides of these metals in the filling can be used instead of iodides of the aforementioned metals or in addition to the iodides of these metals.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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