DE102010002397A1

DE102010002397A1 - Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102010002397A1
Application number: DE102010002397A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Kellerer; Sascha Piltz; Karen Twesten; Jan Ullrich
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-01
Also published as: CN102770937B; EP2499656A1; WO2011104104A1; CN102770937A; US20130009533A1; JP2013520776A

Abstract

Die Hochdruckentladungslampe weist einen Außenkolben mit zwei rohrartigen Abschnitten auf, die axial ausgerichtet sind, wobei ein erster Abschnitt am ersten Ende des Außenkolbens angeordnet ist und eine zylindrische Zone mit einem Außendurchmesser d1 aufweist, und wobei ein zweiter Abschnitt mit einem Durchmesser d2 daran angesetzt ist, der kleiner als d1 ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dies sind insbesondere Hochdruckentladungslampen mit keramischem Entladungsgefäß und Metallhalogenidfüllung.
Stand der Technik
Aus der DE 102007015483 und WO 2006/081804 ist eine Reflektorlampe bekannt, die eine Einbaulampe verwendet, basierend auf einem keramischem Entladungsgefäß mit Metallhalogenidfüllung. Diese werden extra im Reflektor mit Hilfsmitteln verankert, beispielsweise durch Verwendung von Vergussmassen, z. B. Silikonharzen oder Sockelkitt. Eine Alternative ist es, zweiseitig gesockelte Lampen zu verwenden.
Dabei wird der Außenkolben im Zuge der Anpassung entweder im Durchmesser konstant gelassen oder eher verengt, siehe DE19913297 .
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe zu schaffen, die in einem Reflektor einfach montiert werden kann und die elektrisch besonders durchschlagsfest ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Das Problem wird durch eine Außenkolbenkonstruktion gelöst, die aus zwei unterschiedlich großen Kolbenabschnitten besteht. Dabei weist der obere Außenkolbenrohrabschnitt (= der domseitige Abschnitt bzw. der Abschnitt, der sich in Richtung des Reflektorausgangs der Leuchte befindet) einen kleineren Durchmesser d2 auf als der untere Außenkolbenrohrabschnitt – also der sockelseitige Abschnitt bzw. der Abschnitt, der sich in Richtung des Reflektorhalses der Leuchte befindet – mit Durchmesser d1. Bevorzugt gilt die Relation 0,55 ≤ d2/d1 ≤ 0,85.
Der Durchmesser d2 des oberen Außenkolbenrohrabschnitts hat ein Optimierungskriterium, welches sich vom Optimierungskriterium des unteren Außenkolbenrohrabschnitts unterscheidet. Der Durchmesser d2 sollte im Verhältnis zu d3 möglichst klein sein, wobei d3 der Durchmesser des Entladungsgefäßes darstellt. Bevorzugt gilt (d2 – d3)/2 ≤ 3. Dieser Optimierungsansatz bewirkt, dass die umhüllende Reflektorkurve einer Leuchte sehr dicht an das Entladungsgefäß herangezogen werden kann, wodurch die Effizienz des Reflektors der Leuchte steigt. Es wird mehr Nutzlicht in den gewünschten Ausstrahlungsbereich reflektiert und weniger Verlustlicht in den Reflektorhals der Leuchte abgegeben.
Für den unteren Außenkolbenrohrabschnitt gilt hingegen ein gänzlich anderer Optimierungsansatz, nämlich die Erhöhung der elektrischen Durchschlagfestigkeit. Es soll ein möglichst breiter Abstand a der außen liegenden Stromzuführungsdrähte erreicht werden. Beispielsweise ist im Fall einer Zündspannung von 10 kV ein Abstand a > 14 mm erforderlich. Hierfür muss d1 im Verhältnis zu d3 und/oder d2 möglichst maximiert werden. Während Verhältnisse von d3/d1 > 0,4 für gängige, einteilige Außenkolbenrohre Standard sind, kann jetzt insbesondere ein Verhältnis d3/d1 ≤ 0,4 erreicht werden.
Die Länge h2 des unteren, verbreiterten Außenkolbenrohrabschnitts ist bevorzugt kleiner als der Abstand des Zentrums des Entladungsgefäßes zu unteren Außenkolbenrohrkante h1. Als Optimierungskriterium gilt eine möglichst geringe Länge h2. Vorteilhaft sollte das Verhältnis von h2/h1 ≤ 0,6 betragen.
Die Verschlusstechnologie des evakuierten Außenkolbens kann wie üblich bei konventionellen Hochdruckentladungslampen gewählt werden, insbesondere Quetschen im unteren Bereich, Abziehen und Verschmelzen des Pumpstängels im oberen Bereich. Der Außenkolben besteht insbesondere aus Hartglas, bevorzugt ist aber Quarzglas. Das Quarzglas kann für einen effektiven UV-Schutz mit Zusätzen, z. B. Cer, dotiert sein, wie an sich bekannt.
Die Erzeugung der Flaschenhalsform kann auf verschiedenen Wegen erfolgen, insbesondere sind folgende Ausführungsbeispiele vorteilhaft:
Ein Außenkolbenausgangsrohr, bestehend aus einem Rohrabschnitt mit Durchmesser d2 und einem domseitig angeschmolzenen Pumpstängel, wird erwärmt und mittels eines Formwerkzeugs am unteren Rohrabschnitt auf den Durchmesser d1 entsprechend der Länge h2 aufgeweitet. Anschließend wird das Gestell mit dem Brenner in den Außenkolben eingeführt und im unteren, aufgeweiteten Bereich des Außenkolbens unter Wärmezufuhr eingequetscht.
Zwei Außenkolbenrohre mit den Durchmessern d1 und d2 werden analog dem Pumpstängelansetzprozess miteinander verbunden. Hierzu werden beide Rohre in Rotation versetzt, an den beiden zu verschmelzenden Enden erwärmt und durch axiale Bewegung zueinander verbunden. Damit ein gasdichter Verbund entstehen kann, sollte der größere der beiden Rohrabschnitte vorab angeformt werden, so dass eine Schulter entsteht, deren Öffnungsdurchmesser dem Durchmesser d2 des kleineren Rohrabschnitts entspricht. Der weitere Herstellungsprozess entspricht dem von Punkt 1).
In ein Außenkolbenausgangsrohr, bestehend aus einem Rohrabschnitt mit Durchmesser d2 und einem domseitig angeschmolzenen Pumpstängel, wird das Gestell soweit wie möglich eingefädelt. Dann erfolgt unter Wärmezufuhr die Erweichung des unteren Teils des Außenkolbenausgangsrohrs auf der Länge h2, und in einem ersten Formungsprozess wird der untere Abschnitt durch zwei Quetschbacken oval geformt. Ist dieser breit genug, wird der Rest des Gestells nachgeführt und anschließend der zweite Quetschprozess, der zum Verschließen des sockelseitigen Außenkolbenrohrs führt, durchgeführt. Diese Art der Kolbenformung wird eine Quetschung haben, die keinen Seitenquetschungssteg aufweist. Die Sockelform ist also im Profil nicht doppel-T-förmig (Bild 6), sondern flach (Bild 7).
Die Lampe verwendet bevorzugt ein keramisches Entladungsgefäß, das in einem Außenkolben untergebracht ist. Grundsätzlich kann das innere Gefäß aber auch eine andere Art von Hochdruckentladungslampe sein.
Vorteile der neuen Konstruktion sind insbesondere:
Der untere, aufgeweitete Außenkolbenrohrabschnitt erlaubt die Verwendung von Stromzuführungsdrähten, die einen so großen Abstand voneinander aufweisen, dass elektrische Durchschläge in Luftatmosphäre bei hohen Zündspannungen, z. B. bei ≥ 10 kV, nicht stattfinden können. Damit können heißwiederzündfähige und sofortlichtfähige Hochdruckentladungslampen betrieben werden.
Der obere, verengte Außenkolbenrohrabschnitt erlaubt den Einsatz der Lampe in Reflektoren, die nur eine sehr kleine Reflektorhalsöffnung aufweisen. Dies hat den Zweck, möglichst viel Nutzlicht zu gewinnen, und wenig Licht in Richtung des Reflektorhalses zu verlieren.
Weniger Streulicht im Reflektorhals bedeutet auch ein geringeres Risiko von Rückstrahlung auf die untere Einschmelzung der Kapillare, wodurch das Risiko von thermisch bedingten Schädigungen und damit Frühausfällen reduziert wird.
Das Volumen des Außenkolbens kann sehr gering sein, sofern d2 und h2 sehr klein sind. Dadurch erreicht die Lampe nach dem Einschalten schneller einen thermisch stabilen Betriebszustand.
Der Verfügbarkeit einer derartigen Außenkolbenform erlaubt die Beibehaltung vorhandener Fertigungsprozesse und -maschinen. Lediglich der Formungsprozess des Ausgangsrohrs müsste modifiziert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 eine Lampe mit keramischem Entladungsgefäß in einem Außenkolben;
2 eine Sicht von unten auf die Lampe aus 1;
3 eine Reflektorlampe mit derartiger Lampe;
4 einen Rohling für den Außenkolben;
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rohlings;
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Lampe;
7 eine Sicht von unten auf die Lampe aus 6.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist eine Metallhalogenidlampe 10 gezeigt. Es handelt sich beispielsweise um eine 150 W Lampe mit einem keramischen Entladungsgefäß 1. Sie dient insbesondere als Einbaulampe.
Das Entladungsgefäß 1 setzt sich aus einem bauchigen Mittelteil 2 und zwei Endabschnitten 3, 4 zusammen. Der Endabschnitt 3, 4 ist jeweils mit einer Kapillarentechnik verschlossen, wie an sich bekannt.
Das Entladungsgefäß aus Keramik ist mittels eines Gestells 6 mit kurzer und langer Stromzuführung 7, 8 in einem Außenkolben 9 aus Glas, i. a. Hartglas oder Quarzglas, untergebracht. Der Außenkolben ist in zwei Teile gegliedert. Ein erster Abschnitt 11 ist zylindrisch mit einem Außendurchmesser d1, auf ihm sitzt ein zweiter Abschnitt 12, der ebenfalls zylindrisch ist, jedoch mit einem reduzierten Außendurchmesser d2. Vorteilhaft ist die axiale Länge des zweiten Abschnitts so bemessen, dass das Mittelteil 2 des Entladungsgefäßes vollständig im zweiten Abschnitt 12 untergebracht ist. Der maximale Außendurchmesser des Entladungsgefäßes sei mit d3 bezeichnet. Dabei gilt die grundlegende Beziehung d3 < d2 < d1. Insbesondere unterscheiden sich die drei Durchmesser jeweils um mindestens 10%. Mit h1 ist die Höhe des Lichtschwerpunkts, also dem Zentrum des Entladungsbogens, bezeichnet, der für die Lage in einem Reflektor wichtig ist. Außerdem ist mit h2 die Länge des unteren Abschnitts des Außenkolbens bezeichnet. Zwischen erstem und zweiten Abschnitt des Außenkolbens ist eine Übergangszone 15, in der sich der Durchmesser von d1 auf d2 verringert.
Der Außenkolben ist an seinem oberen Ende mit einer Pumpspitze 16 versehen. Der Außenkolben ist evakuiert.
An seinem unteren Ende 17 ist der Außenkolben verschlossen. Dabei wird entweder wie gezeigt eine Quetschung 18 mit zwei Folien 19 verwendet oder auch eine Einschmelzung. Die Stromzuführungen 7, 8 des Gestells enden jeweils an diesen Folien 19. Von dort sind zwei Zuleitungen 14 nach außen geführt. Der Abstand zwischen den beiden Zuleitungen 14 kann hier sehr groß gewählt werden, er ist mit a bezeichnet.
2 zeigt eine Draufsicht von unten auf die Lampe der 1.
3 zeigt eine Reflektorlampe 20. Diese verwendet die oben beschriebene Lampe 10 als Einbaulampe, wobei ein Reflektor 21 mit einer Kontur 22 und einem Hals 23 ausgestattet ist. Der Hals sitzt im Bereich des zweiten Abschnitts an der Lampe 10. Die Kontur 22 ist hier insbesondere so in Richtung des Außenkolbens 9 verlängert (24), dass sie eng daran anliegt, so dass die Lichtmenge durch die Kontur optimal gesammelt wird.
Die Herstellung des neuartigen Außenkolbens gelingt auf verschiedene Weise. Eine Möglichkeit ist in 4 erläutert. Dabei wird ein ursprünglicher Rohling 30 mit konstantem Durchmesser d2 an seinem unteren Ende 31 erwärmt und dann aufgeweitet.
Eine Alternative ist in 5 gezeigt. Dabei wird ein erster Rohling 35 mit Durchmesser d1 und ein zweiter Rohling 36 mit Durchmesser d2 verwendet, die miteinander nach Erwärmen der benachbarten Randzonen 37 verschmolzen werden.
6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Lampe 40, wobei auf Seitenstege im Bereich der Quetschung 41 verzichtet ist. 7 zeigt einen Blick von unten auf die Lampe 40.
Als Füllung des Entladungsgefäßes 1 eignen sich bekannte Metallhalogenid-Systeme wie Seltenerd-Metallhalogenide, Na-Jodid, Ca-Jodid, Thalliumjodid etc. mit oder auch ohne Hg sowie Edelgas. Gut geeignet ist ein Füllung, die CeJ3 enthält. Als Edelgas eignet sich insbesondere Xe oder Ar, der Kaltfülldruck liegt bei etwa 2 bis 5 bar.
Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:

1. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das in einem Außenkolben untergebracht ist, wobei eine Längsachse so definiert ist, dass sich das Entladungsgefäß entlang der Achse orientiert, wobei der Außenkolben zwei Enden besitzt und zumindest an einem ersten Ende verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben zwei rohrartige Abschnitte aufweist, die axial ausgerichtet sind, wobei ein erster Abschnitt am ersten Ende angeordnet ist und eine zylindrische Zone mit einem Außendurchmesser d1 aufweist, und wobei ein zweiter Abschnitt mit einem Durchmesser d2 daran angesetzt ist, der kleiner als d1 ist.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß aus Keramik gefertigt ist und ein Mittelteil und zwei Enden aufweist.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass d2 im Bereich 0,55 ≤ d2/d1 0,85 liegt.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt eine Abdichtungszone aufweist, die nicht zylindrisch ist.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abdichtungszone Zuleitungen sitzen, deren Abstand a so gewählt ist, dass eine Heißwiederzündung möglich ist.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand a größer als d2 gewählt ist.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben aus Quarzglas gefertigt ist, wobei in der Abdichtungszone Folien mit den Zuleitungen verbunden sind.
8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß im Außenkolben mittels eines Gestells gehaltert ist.
9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe von einem Reflektor umgeben ist, der eine Kontur und einen Hals besitzt, wobei der Hals im Bereich des ersten Abschnitts mit dem Außenkolben verbunden ist.
10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur über den Hals hinaus in Richtung des Außenkolbens verlängert ist.
11. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben aus zwei Rohr-Rohlingen mit unterschiedlichem Durchmesser zusammengesetzt ist.
12. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überganszone die beiden Abschnitte miteinander verbindet.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007015483 [0002]
WO 2006/081804 [0002]
DE 19913297 [0003]

Claims

Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das in einem Außenkolben untergebracht ist, wobei eine Längsachse so definiert ist, dass sich das Entladungsgefäß entlang der Achse orientiert, wobei der Außenkolben zwei Enden besitzt und zumindest an einem ersten Ende verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben zwei rohrartige Abschnitte aufweist, die axial ausgerichtet sind, wobei ein erster Abschnitt am ersten Ende angeordnet ist und eine zylindrische Zone mit einem Außendurchmesser d1 aufweist, und wobei ein zweiter Abschnitt mit einem Durchmesser d2 daran angesetzt ist, der kleiner als d1 ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß aus Keramik gefertigt ist und ein Mittelteil und zwei Enden aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass d2 im Bereich 0,55 ≤ d2/d1 ≤ 0,85 liegt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Durchmesser des Entladungsgefäßes d3 so gewählt ist, dass gilt (d2 – d3)/2 ≤ 3.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt eine Abdichtungszone aufweist, die nicht zylindrisch ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abdichtungszone Zuleitungen sitzen, deren Abstand a so gewählt ist, dass eine Heißwiederzündung möglich ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand a größer als d2 gewählt ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben aus Quarzglas gefertigt ist, wobei in der Abdichtungszone Folien mit den Zuleitungen verbunden sind.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß im Außenkolben mittels eines Gestells gehaltert ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe von einem Reflektor umgeben ist, der eine Kontur und einen Hals besitzt, wobei der Hals im Bereich des ersten Abschnitts mit dem Außenkolben verbunden ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur über den Hals hinaus in Richtung des Außenkolbens verlängert ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben aus zwei Rohr-Rohlingen mit unterschiedlichem Durchmesser zusammengesetzt ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überganszone die beiden Abschnitte miteinander verbindet.