DE102010031053A1

DE102010031053A1 - Elektrische Lampe

Info

Publication number: DE102010031053A1
Application number: DE201010031053
Authority: DE
Inventors: Andreas Behrendt; Rene Kaufmann; Marco Liepelt; Jörg Schimmel
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2012-01-12
Also published as: WO2012004190A1

Abstract

Der Außenkolben einer Hochdruckentladungslampe, der eine Längsachse (A) definiert, ist an einem Ende durch eine Quetschung verschlossen. Diese enthält mindestens eine Folie, der eine Blase zugeordnet ist. Die Blase wirkt als Zündhilfe, indem sie UV-Strahlung zum Entladungsgefäß hin emittiert. Der Außenkolben ist bevorzugt mit einer UV-absorbierenden Dotierung ausgestattet. Diese Zündhilfe ist extrem kostengünstig.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine elektrische Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen oder auch Hg-Hochdruckentladungslampen.
Stand der Technik
Aus der WO 03/044826 ist eine Lampe bekannt, bei der im Bereich einer Folie eine gasgefüllte Kavität geformt ist. Sie enthält einen Bestandteil der Füllung des Entladungsvolumens. Dadurch wird eine kapazitive Kopplung vermieden und die Zündung erleichtert.
Für übliche Zündungen wird in vielen Fällen radioaktives Kryptongas (Kr 85) dem Brennerfüllgas beigemischt. Eine Ersatzlösung für den Wegfall oder für die Reduzierung von Kr 85 im Brennerfüllgas von Hochdruckentladungslampen ist zur sicheren Zündung technisch notwendig. In anderen Fällen werden Ersatzlösungen für Hochdruckentladungslampen ohne Kr 85 mit unsicher arbeitenden Zündhilfen oder für Lampen deren Zündhilfen negativen Einfluß auf die Eigenschaften und Funktion der Lampe haben, gesucht. In Hochdruckentladungslampen mit kryptonfreien Edelgasen (z. B. Argon, Xenon, Neon) oder reduziertem Kr85-Anteil im Brenner-Füllgas werden Zündhilfen, wie Zündstrich, Zündhilfselektroden, kontaktierte oder nicht kontaktierte Zündhilfen eingesetzt.
Eine weitere und noch teuere Lösung ist der Einsatz von UV-Enhancern.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine zuverlässige Ionisation des Füllgases im Entladungsgefäß zum Zwecke der Zündung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die erfindungsgemäße Lampe besitzt ein vakuumdicht abgeschlossenes Entladungsgefäß, das eine Lampenachse definiert, und das von einem Außenkolben umgeben ist.
Das Entladungsgefäß kann entweder aus Quarzglas oder aus Keramik gefertigt sein. Es kann einseitig oder zweiseitig verschlossen sein.
Das Leuchtmittel im Innern des Entladungsgefäßes ist ein Entladungsbogen zwischen zwei Elektroden. Es ist mit zu ihm führenden inneren Stromzuführungen elektrisch leitend verbunden.
Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Zündung dadurch erreicht, dass im Bereich einer Abdichtung des Außenkolbens, die normalerweise eine Quetschung ist, eine Zündblase angebracht ist. Die Zündblase sitzt in der Nähe einer Folie. Sie kann dazu einen geringen Abstand haben, bevorzugt ist sie jedoch mit der Folie direkt verbunden, so dass die Zündblase den inneren Rand der Folie umschließt.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Material des Außenkolbens um Quarzglas, das mit einem UV-Absorbierenden Mittel, insbesondere ein Oxid des Cer, dotiert ist. Überraschend ist, dass trotz der UV-absorbierenden Eigenschaft des Glases ausreichend UV-Strahlung bei der Zündung erzeugt wird, die in dem Entladungsgefäß die Zündung initiiert.
Der besondere Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Herstellung der Blase sehr einfach in den Fertigungsprozess integriert werden kann. Ein weiterer ganz besonderer Vorteil ist, dass es damit möglich wird, auch im Falle keramischer Entladungsgefäße eine sehr einfache Zündhilfe zur Verfügung zu stellen. Bisher dachte man, dass eine Zündblase am Außenkolben von dem Entladungsgefäß zu weit entfernt ist, so dass man gerade bei keramischen Entladungsgefäßen zu extra angefertigten Zündhilfen griff.
Das Innere der Blase ist mit einem anregbaren und/oder ionisierbaren, während der Zündung UV-Strahlung aussendenden Gas gefüllt. Besonders kostengünstig ist hier die Verwendung von Argon, weil dieses ohnehin als Spülgas bei der Herstellung verwendet wird. Möglich ist grundsätzlich aber auch die Verwendung anderer Edelgase, oder auch von Stickstoff oder auch von Mischungen davon.
Besonders gut eignet sich diese Anordnung bei einseitig gequetschten Lampen. Dort sind die Abstände von der Quetschung des Außenkolbens hin zum Entladungsgefäß besonders gering.
Weiter ist ein Entladungsgefäß aus Quarzglas oder Keramik wie PCA, jeweils bevorzugt ohne UV-absorbierende Zusätze, bevorzugt. Damit kombiniert ist ein Außenkolben aus Quarzglas mit UV-absorbierenden Zusätzen wie Ce2O3, CeO2 oder auch TiO2 allein oder in Kombination.
Am einfachsten lässt sich eine kleine Blase in der Ebene der Folie direkt neben der Folie liegend verwenden.
Das Volumen und die geometrische Abmessung der Blase lässt sich je nach Typ und Wattage der Lampe anpassen. Bevorzugt wird Argon als Füllgas verwendet, mit einem Kaltfülldruck von etwa 0,1 bis 1,5 bar.
Im Prinzip genügt eine Blase zwischen zwei Folien in einer Quetschung. Noch besser geeignet sind zwei Blasen, die zwischen den zwei Folien nebeneinander liegen.
Der Abstand zwischen der Längsseite der Folie und der Blase ist bevorzugt möglichst klein, insbesondere höchstens 1 mm, bzw. ist der Abstand der Blase zumindest zu einer Folie gleich null.
Bevorzugt sind sowohl Entladungsgefäß als auch Außenkolben aus Quarzglas, evtl. auch aus Hartglas.
Im einzelnen lässt das neue Merkmal sich als eine Integration eines UV-Enhancers in die Außenkolbenquetschung verstehen. Überraschend daran ist besonders, dass das zum UV-Schutz dotierte Quarzglas des Außenkolbens eine ausreichend ionisierende UV-Strahlung zum Entladungsgefäß durchlässt, was offenbar mit der Besonderheit der dünnen Wandstärke im Bereich der Quetschung zusammenhängt. Die nähere Untersuchung zeigt, dass während der Zündung vermutlich durch Effekte an den Grenzflächen zwischen den metallischen Bauteilen und den Glas-Bauteilen der Quetschung des Außenkolbens die Absoprtion der UV-Strahlung vermieden wird und/oder durch Fluoreszenz eine ausreichende UV-Strahlung den Brenner erreicht.
Die neuartige Lösung ist nicht nur sehr zuverlässig, sondern auch Kostengünstig. Es sind keine weiteren Bauteile oder Prozeßschritte notwendig, während Bauteile wie UV-Enhancer sehr teur sind. Hinzu kommt einen eindeutige Qualitätsverbesserung. Das Zündverhalten ist jetzt viel besser als bei üblichen Lampen mit Kr 85. Hinzu kommt, dass es keine zusätzlichen Bauteile als Fehlerquelle oder Verunreinigungsquelle gibt. Außerdem gibt es keine zusätzlichen metallischen Bauteile im Außenkolben oder am Entladungsgefäß.
Die Beobachtung einer durch die Erfindung bewirkten äußerst schnellen und zuverlässigen Zündung lässt sich dadurch erklären, dass ein Rückkopplungseffekt zwischen Blase(n) und Entladungsgefäß stattfindet, der zu einer schnellen Versträkung der UV-Strahlung führt. Damit dieser auftritt, sollten Blase und Entladungsgefäß nicht oder möglichst wenig gegeneinander abgeschattet sein. Insbesondere sollten nach Möglichkeit keine oder möglichst wenig aborbierenden oder streuenden Lampentiele den optischen Weg versperren. Überdies hat die Quetschung offenbar lichtleitende Wirkung. Hinzu kommt, dass die Blase, wenn sie die Folie berührt, eine Emission entlang der grenzfläche Metall-Glas in der Quetschung durchführen kann, was die UV-Strahlung gezielt in Richtung Entladungsgefäß lenkt und umgekehrt in die Blase zurückwirft.
Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:

1. Hochdruckentladungslampe mit einem vakuumdicht abgeschlossenen Entladungsgefäß, das transluzent oder transparent für UV-Strahlung ist, und das aus Glas oder Keramik, das eine Längsachse (A) definiert, das eine durch UV-Strahlung anregbare Füllung enthält, und das zwei Elektroden enthält, und das an mindestens einem Ende durch eine Abdichtung verschlossen ist, wobei das Entladungsgefäß von einem evakuierten oder gasgefüllten Außenkolben umgeben ist, der mit mindestens einer ersten Quetschung verschlossen ist, wobei die Quetschung mindestens eine Folie enthält, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Quetschung des Außenkolbens eine Blase einer Folie zugeordnet ist, wobei die Blase mit einem UV-abstrahlenden Medium gefüllt ist, wobei ein Teil dieser Strahlung in das Entladungsgefäß gelangt.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben aus UV-absorbierendem Quarzglas gefertigt ist.
3. Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft der UV-Absorption durch eine Dotierung mit Metalloxiden erreicht wird.
4. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Blasen symmetrisch zwischen zwei Folien in der ersten Quetschung angeordnet sind.
5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Blasen 0,5 bis 2 mm beträgt.
6. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Edelgas, insbesondere Argon, ist.
7. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blase quer zur Achse längsgestreckt angeordnet ist, wobei die Blase den Rand der ersten Folie berührt und vom Rand der zweiten Folie beabstandet ist.
8. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß aus Quarzglas oder Keramik gefertigt ist.
9. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie zumindest im Bereich der zugeordneten Blase gezackt ist.
10. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie Lanzettform besitzt

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe in Seitenansicht;
2 ein Detail der Quetschung aus 1 in Seitenansicht;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Blase;
4 ein Ausführungsbeispiel mit einer Folie mit gezacktem Rand
5 ein Ausführungsbeispiel einer Lampe mit zweiseitig verschlossenem Entladungsgefäß;
6 ein Ausführungsbeispiel einer Lampe mit zweiseitig verschlossenem Entladungsgefäß in einem zweiseitig verschlossenen Außenkolben.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In 1 ist eine Metallhalogenidlampe 1 gezeigt, die einseitig abgedichtet ist. Es handelt sich um eine 150 W Lampe mit einem Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas. Dieses enthält zwei Elektroden 3, deren Schaft 4 an Folien 5 in einer einzigen Quetschung 6 enden. Die Füllung des Entladungsgefäßes enthält Metallhalogenide, Edelgas und Quecksilber.
Das Entladungsgefäß 2 ist von einem Außenkolben 8 umgeben, der im wesentlichen zylindrisch ist und mit einer Kuppe 9 an einem ersten Ende abgeschlossen ist. Das andere Ende ist von einer Quetschung 10 verschlossen, die ebenfalls zwei Folien 11 aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Innere Stromzuführungen 12 verbinden die Folien 5 im Entladungsgefäß mit den Folien 11 im Außenkolben. Von dem Außenkolben erstrecken sich äußere Stromzuführungen 14 nach außen. Der Außenkolben ist aus Quarzglas gefertigt, das mit einer Dotierung zur Absorption von UV-Strahlung versehen ist. Übliche Dotierungen sind Oxide des Cer und/oder des Titan.
Eine derart kompakte Lampe erreicht trotz hoher Belastung eine Lebensdauer von mindestens 6000 Std., insbesondere sogar mehr als 12000 Std. bei optimaler Gestaltung.
2 zeigt ein Detail der äußeren Quetschung. Zwischen den beiden Folien 11 sind zwei kleine Blasen 15 in die Quetschung eingebaut. Jede Blase 15 ist im Prinzip etwas länglich geformt und mit Argon gefüllt. Die Blase ist so angeordnet, dass ihr folienseitiger Rand möglichst in der Nähe der Folie 11 angeordnet ist. Vorteilhaft ist die Blase so angeordnet, dass der folienseitige Rand die Folie direkt tangiert, da dann die UV-Produktion in der Blase am besten funktioniert.
Symmetrisch zur Anordnung der ersten Blase 15 ist auch die zweite Blase 15 an der zweiten Folie 11 angeordnet. Der Abstand d zwischen den beiden Blasen ist typisch 0,5 bis 2 mm. Das Argon wird bei der Zündung zur Entladung angeregt und emittiert neben Licht auch UV-Strahlung in das Entladungsgefäß.
In der Praxis zeigt sich, dass die normale Gestaltung der Längsseite der Folie, die üblicherweise lanzettartig gestaltet ist, bereits als Spitze, an der bevorzugt, Entladungen auftreten, ausreicht. Zur besseren Anregung von UV-Strahlung kann am Innenrand der Folie ein der Blase zugeordneter Bereich der Folie gezackt sein, da im Bereich von Spitzen und durch längere Folienkanten höhere Feldstärken auftreten, siehe 4.
3 zeigt, dass im Prinzip auch eine einzige Blase 20 genügt. Jedoch ist dabei möglichst darauf zu achten, dass die Blase nicht beide Folien 11 gleichzeitig berührt, da es sonst zu einem Durchschlag im Gas der Blase kommen könnte. Besser geeignet ist hier eine unsymmetrische Gestalt der Blase. Dabei ist die einzige Blase 20 quer zur Lampenachse A gestreckt. Der erste Rand der Blase berührt dabei die erste Folie 11 wie oben bereits geschildert. Der zweite Rand endet jedoch kurz vor der zweiten Folie 11. Der Abstand c zwischen zweitem Blasenrand und Folienrand liegt bevorzugt im Bereich 0,3 bis 0,8 mm. Eine längere Blase ist nachteilig, da es hier zu einem direkten Durchschlag über die Blase kommen könnte.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Blasen 15 mit symmetrischer Gestalt. Dabei hat die Folie 11 einen gezackten Bereich 21 im Bereich, wo die Blase 15 die Folie 11 berührt. Dadurch wird die Zündung besonders zuverlässig durchgeführt.
Untersuchungen der Zündzeit zeigen, dass diese in etwa unabhängig von einem gezackten Bereich ist, was vermutlich an der vorgegebenen Lanzettform der Folie liegt, deren spitz zulaufende Kante die Zündung in jedem Fall erleichtert. Eine typische Zeit bis zur Zündung (Gesamtstartzeit) ist 1 bis 2 Sekunden, dabei ist die Durchschlagszeit in der Blase deutlich kleiner als 0,1 Sekunden. Dabei wird typisch 0,1 bis 0,3 bar reines Argon als Füllung der Blase verwendet.
Im Prinzip ist diese Zündanordnung auch für zweiseitig verschlossene Entladungsgefäße 25 geeignet, die in einem einseitig geschlossenen Außenkolben untergebracht sind, siehe 5. Dabei ist allerdings der Abstand zwischen den Blasen und dem Zentrum des Entladungsgefäßes, das hier aus Keramik gefertigt ist, meist merklich größer, so dass der Output an UV-Strahlung aus den Blasen eher höher als im einseitig gequetschten Fall sein sollte. Dies wird durch beispielsweise durch geeigneten Druck in der Blase erreicht.
Des weiteren zeigt 6 ein Ausführungsbeispiel für ein zweiseitig abgeschlossenes keramisches Entladungsgefäß 30 in einem zweiseitig verschlossenen Außenkolben 31.
Dabei ist der Außenkolben 31 zweiseitig mit einer Quetschung 32 verschlossen, in der jeweils eine Folie 33 untergebracht ist. Bei einer ersten Quetschung 33 ist eine Blase 34 seitlich an der Folie angebracht. Vom Gestell 35 für die Halterung des zweiten Endes des Entladungsgefäßes aus geht eine Zündantenne 36 am Innenrand es Außenkolbens entlang bis zur ersten Quetschung 32, in der die freie Spitze 37 der Antenne endet. Diese Spitze initiiert in der Blase die UV-Strahlung.
Die in die Quetschung des Außenkolbens integrierte Blase kann ohne Zusatzaufwand beim Prozess der Quetschung unter Argon-Spülung mit hergestellt werden. Meist werden zwei in der Quetschungsebene befindliche Argonblasen verwendet, die sich ausgehend von den beiden Molybdän-Folien gegenüberliegen und gegeneinander durch Quarzglasmaterial abgedichtet sind.
Für den Quetschprozess werden am einfachsten die Quetschbackenfronten an der Sollposition der Argonblasen ausgespart. Durch die geringere Quarzglasverdichtung im Bereich der Aussparung bilden sich Argonblasen im Quarzglas dann von selbst.
Als Füllgas der Blase eignet sich bevorzugt Inertgas wie Argon oder Neon, da dieses für das Spülen ohnehin verwendet wird.
Das Material des Entladungsgefäß ist transluzent oder transparent. Es ist insbesondere transparent für UV-Strahlung in einem Bereich innerhalb von 200 bis 400 nm, so dass eine Zündhilfe am Außenkolben die Vorionisierung der Füllung des Entladungsgefäßes bewerkstelligen kann.
Im Falle eines gasgefüllten Außenkolbens muss darauf geachtet werden, dass das darin enthaltene Gas die UV-Strahlung nicht absorbiert.
Im Prinzip ist es auch möglich statt einer Quetschung eine Einschmelzung o. ä. am Außenkolben als umgebendes Medium für die Blase zu verwenden. Statt einer Folie genügt dann auch die Nachbarschaft zu einer Stromzuführung, die ggf. in der Nähe der Blase gezackt ist.
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

WO 03/044826 [0002]

Claims

Hochdruckentladungslampe mit einem vakuumdicht abgeschlossenen Entladungsgefäß, das transluzent oder transparent für UV-Strahlung ist, und das aus Glas oder Keramik, das eine Längsachse (A) definiert, das eine durch UV-Strahlung anregbare Füllung enthält, und das zwei Elektroden enthält, und das an mindestens einem Ende durch eine Abdichtung verschlossen ist, wobei das Entladungsgefäß von einem evakuierten oder gasgefüllten Außenkolben umgeben ist, der mit mindestens einer ersten Quetschung verschlossen ist, wobei die Quetschung mindestens eine Folie enthält, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Quetschung des Außenkolbens eine Blase einer Folie zugeordnet ist, wobei die Blase mit einem UV abstrahlenden Medium gefüllt ist, wobei ein Teil dieser Strahlung in das Entladungsgefäß gelangt.
Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben aus UV-absorbierendem Quarzglas gefertigt ist.
Lampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eigenschaft der UV-Absorption durch eine Dotierung mit Metalloxiden erreicht wird.
Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Blasen symmetrisch zwischen zwei Folien in der ersten Quetschung angeordnet sind.
Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den zwei Blasen 0,5 bis 2 mm beträgt.
Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein Edelgas, insbesondere Argon, ist.
Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blase quer zur Achse längsgestreckt angeordnet ist, wobei die Blase den Rand der ersten Folie berührt und vom Rand der zweiten Folie beabstandet ist.
Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß aus Quarzglas oder Keramik gefertigt ist.
Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie zumindest im Bereich der zugeordneten Blase gezackt ist.
Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie Lanzettform besitzt.