DE102010038403A1

DE102010038403A1 - Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfe

Info

Publication number: DE102010038403A1
Application number: DE201010038403
Authority: DE
Inventors: Farhang Ghasemi Afshar; Sascha Piltz
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-01-26
Also published as: WO2012013516A1

Abstract

Eine Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfe hat ein zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß, das in einem zweiseitig verschlossen Außenkolben untergebracht ist, wobei das Entladungsgefäß zwei Enden aufweist, in denen Elektroden befestigt sind und wobei zwei Stromzuführungen die Enden von Entladungsgefäß und Außenkolben verbinden. Im Außenkolben ist ein UV-Enhancer untergebracht, wobei der UV-Enhancer Bestandteil einer Kapillare ist, indem an einem Teil der Wandung der Kapillare außen ein umlaufender Kragen angesetzt ist, der einen Hohlraum in Richtung der Wandung belässt, der mit einem Gas gefüllt ist, das UV-Strahlung abstrahlen kann.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen für Allgemeinbeleuchtung.
Stand der Technik
Aus der WO 2008/044197 ist eine Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß bekannt, bei der eine Zündhilfe von einem langen Gestelldraht ausgeht. Die Zündhilfe ist ein separates Drahtstück, das sich in Höhe einer Kapillare in Richtung des Entladungsgefäßes erstreckt.
Eine weitere Zündungstechnologie sind sog. UV-Enhancer, siehe beispielsweise US 5,811,933 ; US 5,942,840 ; US 6,806,646 . UV-Enhancer sind bereits bekannt, sie werden bei Hochdruckentladungslampen auf Quarz- oder Keramikbasis verwendet. Normalerweise wird der UV-Enhancer in der Nähe des Entladungsgefäßes innerhalb des Außenkolbens positioniert
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, deren Zündung zuverlässig erfolgt.
Dies gilt insbesondere für Metallhalogenidlampen, wobei das Material des Entladungsgefäßes Keramik ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe mit UV-Enhancer bereitzustellen, die zuverlässig ohne Verwendung von Kr85 gezündet werden kann. Ein integrierter UV-Enhancer ist erfindungsgemäß Teil der Kapillare und befindet sich an deren Ende. In diesem Bereich ist die Kapillare mit einem äußeren Kragen versehen. Der Hohlraum zwischen Kapillare und äußerem Kragen bildet das Volumen für den UV-Enhancer. Der Hohlraum wird bereits bei der Formgebung des keramischen Entladungsgefäßes erzeugt, beispielsweise durch Spritzgißen und Sintern. Der Hohlraum kann einseitig, also bei einer Kapillare, oder zwecks symmetrischer Wärmeleitung und -verteilung zweiseitig im Bereich beider Kapillaren am Entladungsgefäß aus Keramik, meist PCA, AlN o. ä., angebracht sein.
Vorteilhaft befindet sich eine einzige Elektrode im Hohlraum. Diese ist bevorzugt als Metall-Folie aus Mo oder W, die vorzugsweise zylindrisch geformt ist, innerhalb des Hohlraums gestaltet. Die zweite Elektrode ist dann quasi eine dielekrisch behinderte Elektrode außen. Diese Folie wird durch einen Metall-Draht als Kontaktteil mit dem eigentlichen potentialgebenden Elektrodensystem bzw. einem Bügeldraht verbunden.
Das Volumen des Hohlraums wird mit einem geeignetem Gas oder Penning-Gemisch (z. B. Ar, ArXe oder ArHg) gefüllt und, bevorzugt mit einem Glaslot, abgedichtet. Der Fülldruck des Gases (kalt) sollte zwischen 1 mbar und 100 mbar liegen.
Vor dem Verschließen des Hohlraums für den UV-Enhancer, was am besten mit einem Glaslot erfolgt, wird zunächst das eigentliche Elektrodensystem des Brenners in einer üblichen Verbindungstechnik, z. B. Einschmelzen eines Glaslots, eingebracht.
Separate UV-Enhancer benötigen Bauraum im Außenkolben der Lampe, was insbesondere bei kleineren Hochdruckentladungslampen kritisch ist, also bei Wattagen bis beispielsweise 50 W.
Darüber hinaus ist die exakte Positionierung eines separaten Enhancers möglichst dicht neben der Kapillare problematisch. Fertigungsbedingte Positionsabweichungen können die Wirkung des Enhancers auf das Zündverhalten der Lampe beeinflussen.
Integrierte UV-Enhancer wie hier vorgestellt zeichnen sich durch absolute Positionstreue und gleichbleibende Wirkung aus. Die UV-Erzeugung erfolgt außerdem in umittelbarer Nähe des Entladungsgefäßes.
Integrierte UV-Enhancer benötigen keine zusätzlichen Montageschritte beim Lampenbau. Eine mögliche Abschattung der Lichtausstrahlung wird nahezu vollständig vermieden oder ist zumindest deutlich geringer als bei separaten UV-Enhancern. Integrierte UV-Enhancer sind außerdem häufig besser geeignet für Warmzündung und höhere Zündspannungen, die im Bereich von typisch mehr als 5 kV liegen. Die Durchschlagsfestigkeit der Lampe wird durch sie nicht herabgesetzt.
Die Verdickung der Kapillare durch den KRgen des UV-Enhancers kann außerdem zu einer Absenkung der Temperaturen im Einschmelzungsbereich führen, wodurch die Lebensdauer erhöht werden kann.
Im Prinzip ist auch die Realisierung von UV-Enhancern mit zwei Elektroden möglich, auch der Einbau von weiteren Bauelementen, wie z. B. ein Kondensator ( US 4,987,344 ) oder noch komplexere Ansteuerungen ( US 4,721,888 ) ist möglich, um den Strom durch den UV-Enhancer zu begrenzen. Im allgemeinen haben sich aber UV-Enhancer durchgesetzt, die nur eine Elektrode haben und eine dielektrisch behinderte Entladung nutzen. Diese UV-Enhancer sind relativ preiswert. Die Gegenelektrode wird von außen an das Entladungsgefäß gebracht im Sinne einer kapazitiven Kopplung.
Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:

1. Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfe, mit einem Entladungsgefäß aus Keramik, das zweiseitig verschlossen ist, und das in einem Außenkolben untergebracht ist, wobei das Entladungsgefäß zwei Enden mit Kapillaren aufweist, in denen Elektroden befestigt sind, wobei ein Gestell mit zwei Gestelldrähten das Entladungsgefäß in dem Außenkolben haltert, wobei ein UV-Enhancer als Zündhilfe im Außenkolben untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer ein, insbesondere ein integraler, Bestandteil einer Kapillare ist, indem an einem Teil der Wandung der Kapillare außen ein umlaufender Kragen angesetzt ist, der einen Hohlraum in Richtung der Wandung belässt, der mit einem Gas gefüllt ist, das UV-Strahlung abstrahlen kann.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer eine einzige Elektrode aufweist.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum mit Glaslot verschlossen ist.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine kapazitive Kopplung zwischen UV-Enhancer und Gestell erfolgt.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Elektrode durch eine rohrartige Folie im Hohlraum realisiert ist.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die rohrartige Folie ein Kontaktierungsmittel angesetzt ist, das aus dem Hohlraum herausragt.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel mit einem Gestelldraht verbunden ist.
8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel mit der zugehörigen Durchführung verbunden ist.
9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gestelldraht ein Bügeldraht ist, der insbesondere einen in Richtung des Hohlraums abgewinkelten Abschnitt aufweist.
10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich vom zweiten Gestelldraht ein zusätzlicher Kontakt in Richtung Kragen erstreckt, insbesondere realisiert als eine Folie oder ein Draht.
11. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Koppelkondensator eingebracht ist.
12. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel ein integrales Halsteil an der rohrartigen Folie ist.
13. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrartige Folie einen gezackten Rand aufweist.
14. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrartige Folie eine durchbrochene Oberfläche nach Art einer Käsereibe aufweist.
15. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß eine Metallhalogenid-haltige Füllung aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 eine Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfe, schematisch;
2 ein Detail am ersten Ende des Entladungsgefäßes, während der Herstellung;
3 ein Detail am ersten Ende des Entladungsgefäßes, während der Herstellung in einem späteren Schritt;
4 ein Ausführungsbeispiel eines integrierten UV-Enhancers im Detail;
5 bis 12 weitere Ausführungsbeispiele eines integrierten UV-Enhancers im Detail;
13 ein Ausführungsbeispiel einer Folien-Elektrode für den UV-Enhancer;
14 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Folien-Elektrode für den UV-Enhancer.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
In 1 ist eine Metallhalogenidlampe 1 schematisch gezeigt, bei der ein Entladungsgefäß 2 aus PCA in einem Außenkolben 3 aus Quarzglas enthalten ist, der mit einem Sockel 4 abgeschlossen ist. Das Entladungsgefäß 2 hat zwei Enden, an dem Kapillaren 5 sitzen.
Das Entladungsgefäß 2 ist mit einer Metallhalogenidfüllung versehen, wie an sich bekannt. Es ist im Außenkolben 3 mittels eines Gestells 6 gehaltert, das einen kurzen Gestelldraht 7 und einen langen Bügeldraht 8 aufweist.
2 zeigt ein Detail am Ende des Entladungsgefäßes. Die Kapillare 5 hat eine Wandung 9, die ein zylindrisches Rohr ist, in dem später noch die Durchführung und Elektrode eingesetzt werden. Der Wandung 9 ist integral etwa auf halber Höhe ein beabstandet umlaufender Kragen 10 angesetzt. Dessen Wandstärke ist gleich der Wandstärke der Kapillare, sie kann aber auch wie dargestellt dünner sein – in aller Regel ist sie 60 bis 100%, ein typischer Wert ist 80%, von der Wandstärke der Kapillare – als die Wandung 9.
Dieser Kragen 10 erstreckt sich über etwa 50 bis 75% der Länge der Kapillare bis in die Nähe des äußeren Endes 19 der Kapillare 5. Dadurch wird ein umlaufender Hohlraum 12 um die Wandung 9 erzeugt, mit einer radialen Länge L von typisch 0,3 bis 2 mm, bevorzugt ist L gleich 0,5 bis 0,6 mm.
Der Hohlraum 12 muss in jedem Fall groß genug sein, um die einzige Elektrode aufzunehmen. Diese ist bevorzugt eine Folie, die als Rohr 13 gestaltet ist, meist aus W oder Mo. Diese hat am äußeren Ende einen Kontaktdraht 14 angesetzt. Das Rohr 13 wird in den Hohlraum 12 eingeführt, so dass der Kontaktdraht 14 immer noch aus dem Hohlraum 12 herausschaut. Dann wird ein Füllgas in den Hohlraum 12 eingeführt und der Hohlraum, insbesondere mit Glaslot 15, verschlossen, siehe 3.
Als Füllgas eignen sich allgemein bekannte Füllungen für UV-Enhancer wie Edelgase.
Gemäß 3 wird dann das Elektrodensystem 16 in die eigentliche Kapillare innerhalb der Wandung 5 eingesetzt. Meist weist das System eine Elektrode 17, die an einer Durchführung 18 sitzt, auf wie an sich bekannt.
Gemäß 4 wird dann das Ende der Kapillare im Bereich der Wandung 9 ebenfalls mit einem Glaslot 20 verschlossen. Auf die genaue Art der Abdichtung des Elektrodensystems kommt es aber nicht an.
5 zeigt die Verschaltung des so konstruierten UV-Enhancers. Ein kurzer Gestelldraht 7 haltert das Ende der Durchführung 18, die aus der ersten Kapillare 5 herausragt. Die zweite Kapillare 25 ist eine übliche Kapillare. Vom Ende der Durchführung 18 geht eine Zuleitung 26 zum Kontkatdraht 14 der Folien-Elektrode 13, die die einzige Elektrode des UV-Enhancers bildet.
Um eine sichere Zündung in kapazitiver Kopplung zu gewährleisten, ist ein Abschnitt 30 des Bügeldrahts 8 in Höhe des integrierten UV-Enhancers in Richtung zum Kragen 10 hin abgebogen. Die kapazitive Koplung erfolgt über den Kragen 10.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der UV-Enhancer mit dem Bügeldraht 8 als Gegenpol über einen Leiter 31 kontaktiert ist. Die Durchführung 18 ist ohne galvanischen Kontakt und direkt mit dem Gestelldraht 7 verbunden. Hier erfolgt die kapazitive Kopplung über die Wandung 9 der Kapillare.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Konstruktion ähnlich wie in 5 ist. Statt einer Biegung des Bügeldrahts ist jedoch eine zusätzliche äußere Kontaktierungs-Folie 32 vorgesehen, die sich zum Zweck der guten kapazitiven Kopplung vom Bügeldraht 8 in Richtung Kragen 10 erstreckt.
Das Ausführungsbeispiel der 8 ähnelt dem Ausführungsbeispiel der 7, jedoch ist die Kontaktierungs-Folie 42 clipförmig gestaltet und somit leicht montierbar. Der Clip ist im Detail gezeigt.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem statt einer äußeren Kontaktierungs-Folie als Kontaktierunghilfe ein gewendelter Metalldraht 43 als äußerer Kontakt, der sich vom Bügeldraht 8 in Richtung Kapillare 5 erstreckt, vorgesehen ist.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines integrierten UV-Enhancers 50 ohne separate Elektrode. Der gasgefüllte Hohlraum 12 weist keine Elektrode auf. Auch hier wird eine clipförmige Metallfolie 42 als Kontaktierungs-Folie verwendet, die sich vom Bügeldraht 8 zum Kragen 10 erstreckt und diesen umgibt.
11 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie 10, jedoch mit einer Kontaktierunghilfe 43 aus gewendeltem Metalldraht statt einer Kontaktierungs-Folie.
12 zeigt eine Ausführungsform der Folien-Elektrode 13 des UV-Enhancers, bei der der Kontaktdraht 14 integral an die Folien-Elektrode 13 angesetzt ist. Dazu wird ein größeres Stück Metallfolie geeignet geschnitten, so dass ein etwa rechteckiges Halsteil 54 am eigentlichen Folienkörper ansetzt, das die Funktion des Kontaktdrahts übernimmt. Diese Halsteil 54 steht beim Einbau in das Hohlvolumen 12 des Kragens nach hinten heraus. Es wird abgewinkelt und dann mit der Durchführung 18 bzw Stromzuführung, die zur Durchführung geführt ist, verbunden. Das Ende des Hohlraums wird wieder mit Glaslot 15 verschlossen.
13 zeigt eine besonders gestaltete Folien-Elektrode 13, die als einzige Elektrode des UV-Enhancers verwendet werden kann. Die Folien-Elektrode 13 hat am oberen und unteren umlaufenden Rand 55 scharfe Kanten 58. Die Folien-Elektrode 13 selbst kann alternativ oder zusätzlich in ihrer Fläche scharfe Kanten 56 an Löchern, insbesondere als regelmäßige STruktur wie eine Käsereibe, besitzen. Derartige Kanten verstärken das elektrische Feld im UV-Enhancer.
14 zeigt eine ähnlich gestaltete Folien-Elektrode 13 wie in 13, die außerdem das integral angesetzte Halsteil 54 als Kontaktdraht besitzt.
Die kapazitive Kopplung kann insbesondere mit Hilfe diskreter Bauelemente wie eines Kondensators noch verstärkt werden.
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 2008/044197 [0002]
US 5811933 [0003]
US 5942840 [0003]
US 6806646 [0003]
US 4987344 [0017]
US 4721888 [0017]

Claims

Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfe, mit einem Entladungsgefäß aus Keramik, das zweiseitig verschlossen ist, und das in einem Außenkolben untergebracht ist, wobei das Entladungsgefäß zwei Enden mit Kapillaren aufweist, in denen Elektroden befestigt sind, wobei ein Gestell mit zwei Gestelldrähten das Entladungsgefäß in dem Außenkolben haltert, wobei ein UV-Enhancer als Zündhilfe im Außenkolben untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer Bestandteil einer Kapillare ist, indem an einem Teil der Wandung der Kapillare außen ein umlaufender Kragen angesetzt ist, der einen Hohlraum in Richtung der Wandung belässt, der mit einem Gas gefüllt ist, das UV-Strahlung abstrahlen kann.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer eine einzige Elektrode aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum mit Glaslot verschlossen ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine kapazitive Kopplung zwischen UV-Enhancer und Gestell erfolgt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Elektrode durch eine rohrartige Folie im Hohlraum realisiert ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die rohrartige Folie ein Kontaktierungsmittel angesetzt ist, das aus dem Hohlraum herausragt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel mit einem der beiden Gestelldrähte verbunden ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel mit der zugehörigen Durchführung verbunden ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gestelldraht ein Bügeldraht ist, der insbesondere einen in Richtung des Hohlraums abgewinkelten Abschnitt aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich vom zweiten Gestelldraht ein zusätzlicher Kontakt in Richtung Kragen erstreckt, insbesondere realisiert als eine Folie oder ein Draht.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen integral an die Wandung der Kapillare angesetzt ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktierungsmittel ein integrales Halsteil an der rohrartigen Folie ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrartige Folie einen gezackten Rand aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrartige Folie eine durchbrochene Oberfläche nach Art einer Käsereibe aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß eine Metallhalogenid-haltige Füllung aufweist.