DE202007013119U1

DE202007013119U1 - Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE202007013119U1
Application number: DE202007013119U
Authority: DE
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2017-09-20
Also published as: EP2191495A1; WO2009037054A1; US20100187994A1; TW200921748A; CN101802972A; JP2010539663A

Abstract

Hochdruckentladungslampe mit einem längsgestreckten keramischen Entladungsgefäß mit einer Metallhalogenid-Füllung, an dessen Enden eine Elektrode mittels einer Durchführung in einer Kapillare abgedichtet ist, die einen gegebenen Innendurchmesser DKI besitzt, wobei die Durchführung aus drei Teilen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung aus einem überwiegend aus Mo bestehendem Stift als erstem, frontseitigen Teil besteht, dessen Durchmesser einen Spalt von maximal 20 μm gegenüber der Kapillare belässt und dessen Länge L1 50 bis 70% der Gesamtlänge LG des in der Kapillare befindlichen Tels der Durchführung beträgt, sowie aus einem Mittelteil, bestehend aus einem Kernstift, der überwiegend aus Mo besteht und einem darauf aufgebrachten Gewickel aus Mo, dessen Durchmesser D2 einen Spalt von 40 bis 80 μm gegenüber der Kapillare belässt und dessen Länge L2 15 bis 30% der Gesamtlänge LG ausmacht, sowie aus einem am Ende befindlichen Niobstift, dessen Durchmesser einen Spalt von 25 bis 45 μm zur Kapillare hin belässt, wobei...

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Hochdruckentladungslampen sind mit keramischem Entladungsgefäß ausgestattet.
Stand der Technik
Die EP 1 211 714 offenbart eine Hochdruckentladungslampe, bei der ein Elektrodensystem in die Kapillare eines keramischen Entladungsgefäßes eingesetzt ist. Hier ist zur Vermeidung einer Variation der Farbtemperatur die Kapillare so gestaltet, dass sie einstückig mit dem Entladungsgefäß ausgeführt ist und einen definierten Krümmungsradius an der Kante zwischen Kapillare und Innenvolumen besitzt. Eine derartige Konstruktion ist jedoch relativ aufwendig und verringert die Variation der Farbtemperatur nicht in ausreichendem Maße.
Aus der EP 587238 ist eine dreiteilige Durchführung bekannt, mit einem Mittelteil mit verringertem Durchmesser. Es ist ein W-Stift, dessen Länge etwa einem Drittel der Kapillarlänge entspricht. Das Glaslot erstreckt sich über die gesamte Länge des Mittelteils.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verarmen der Füllung im Entladungsgefäß zu verhindern und die Stabilität der Farbtemperatur über die Lebensdauer bei einer Hochdruckentladungslampe zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen, finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Grundsätzlich stellt sich das Problem, dass die Kapillare nicht vom Entladungsgefäß abgetrennt ist. Die Füllung im Entladungsgefäß kann sich in die Freiräume zwischen Elektrodensystem und Innenwand der Kapillare zurückziehen, dem sog. Totvolumen. Die Folge ist dann einerseits ein Verarmen der Füllung und andererseits eine Art Destillationseffekt, der die Füllung im Entladungsvolumen verändert. Dies führt zu eine Instabilität und Veränderung der Farbtemperatur während des Betriebs und über die Lebensdauer. Üblicherweise versucht man daher das Totvolumen von vornherein so gut wie möglich zu minimieren oder zu verdrängen. Besonders kritisch ist die Streuung der Farbtemperatur bei Verwendung von Cer-haltigen Füllungen. Die Einengung der Farbtemperaturstreuung ist aber auch bei Füllungen mit anderen Metallhalogeniden wie Holmium, Dypsrosium oder Thulium wünschenswert.
6 zeigt die übliche Streuung der Farbtemperatur als Funktion der Betriebsdauer.
Eine bevorzugte Füllung für die neue technische Lehre ist eine Mischung aus Jodiden des Natriums, Calciums, Thalliums und von Cer. Übliche Bemessungen liegen bei einen Anteil von 50 bis 70 Mol.-% des NaJ, etwa 25 bis 35 Mol.-% CaJ2 und 1 bis 5 Mol.-% TlJ sowie 1 bis 5 Mol.-% Ce2J3.
Letzteres Halogenid hat als grüngebende Komponente sehr starken Einfluss auf Farbtemperatur und Lumen-Maintenance. Da es sich nur in geringer Menge im Entladungsgefäß befindet, ist die Lage des Cer-Halogenids im Entladungsgefäß von entscheidender Bedeutung. Eine direkte Konsequenz ist, dass durch Umkondensieren des flüssigen Cerjodid-Anteils große Streuungen der Farbtemperatur auftreten können. Das Umkondensieren als solches lässt sich nie vermeiden, da jeder Brenner einen gewissen Temperaturgradienten aufweist. Der stärkste Gradient tritt beim Übergang in die Kapillare auf.
In diesem Bereich verdampft und kondensiert ständig die Füllung bzw. einzelne Teile davon. Besonders in vertikaler Brennlage, mit dem Sockel nach oben zeigend, vereinigen sich bei bisheriger Bauweise des Brenners die kondensierten Tröpfchen der Füllung und fließen in die Kapillare bis zum Mo-Gewickel. Dort werden sie in das Gewickel eingesogen. Der Grund ist, dass das Gewickel heißer und damit die Benetzung besser ist an der Innenwand der Kapillare. Daneben spielen auch Kapillarkräfte eine Rolle, die im Innern der Wendel aufgrund der kleinen Hohlräume größer sind als an der Kapillaren-Innenwand. Dadurch setzt ein Heat-Pipe-Effekt ein, wobei die kondensierte Füllung wieder in den heißen Teil zurückwandert, dort wieder verdampft und wieder im Elektrodenrückraum kondensiert. Dann beginnt der Kreislauf von neuem. Versucht man andererseits das Mo-Gewickel zu vermeiden, wird die Abdichtung am Ende der Kapillare schnell undicht.
Der Dampfdruck des Cerjodids hängt stark von der Temperatur ab. Er ist im heißen Elektrodenrückraum wesentlich größer als im kalten Totraum der Kapillare. Da der Dampfdruck des Cerjodids und damit die Menge der verdampften Substanz einen sehr großen Einfluss auf die Farbtemperatur hat, hat auch der zeitliche Verlauf des eben geschilderten Kreisprozesses auf Basis eines Heat-Pipe-Effekts einen großen Einfluss auf die Farbtemperatur. Bei diesen Füllungen ist es so, dass aufgrund der Grün-Emission des Cerjodids die Farbtemperatur ansteigt, wenn mehr Füllung im heißen Teil ist. Im kalten Teil sinkt der Dampfdruck und die Grün-Emission und damit die Farbtemperatur sinkt auch. Diesen zeitlichen Verlauf über 500 Std. kann man in 6 sehen. Die dargestellten "Spikes" sind zu ignorieren, da es sich hier nur um kurzzeitig jeweils beim Einschalten der Lampe auftretende Effekte handelt. Die Farbtemperatur variiert etwa in einem Bereich zwischen 3100 K und 2800 K, also über einen Bereich von 300 K.
Diese Streuung der Farbtemperatur bezieht sich auf eine Lampe mit konventioneller Abdichtung. Diese verwendet gemäß 5 eine Durchführung 26 mit einem Mo-Stift 27 und einem aufgeschobenem Mo-Gewickel 28 als erstem Teil. Das Ende 29 der Durchführung ist aus Niobdraht gefertigt. Der Spalt entlang des Mo-Gewickels beträgt etwa 60 μm.
Erfindungsgemäß wird jetzt ein Durchführungssystem verwendet, das aus drei Teilen zusammengesetzt ist. Dabei besteht der frontseitige, zur Entladung zeigende Teil aus einem Stift aus Mo oder überwiegend aus Mo, beispielsweise eine Legierung mit 50% Mo-Anteil und weiteren Anteilen ausgewählt aus der Gruppe Rhodium, Iridium und Rhenium allein oder in Kombination. Die Länge L1 be trägt etwa 50 bis 70% des in der Kapillare befindlichen Teils der Durchführung mit Gesamtlänge LG. Als Mittelteil der Durchführung wird ein System aus Kernstift und Mo-Gewickel verwendet, wobei auch hier der Kernstift überwiegend oder allein aus Mo besteht. Die Länge des Mittelteils beträgt etwa 15 bis 30% der Gesamtlänge LG. Endseitig schließt sich daran ein Stift aus Niob an, wie an sich bekannt. Seine Tiefe in der Kapillare entspricht etwa 20 bis 30% von LG. Dabei ist wichtig, dass die Spaltbreite des ersten Teils relativ klein ist und maximal 30 μm beträgt. Die Spaltbreite des Mittelteils kann relativ groß gewählt werden, sie liegt bei 40 bis 80 μm. Die Spaltbreite des Niobstifts sollte wieder enger gewählt werden, sie liegt bei 25 bis 45 μm.
Ein konventionelles Glaslot erstreckt sich vom äußeren Rand der Kapillare nach innen. Es sollte den Niobstift vollständig bedecken. Eine sichere Abdichtung lässt sich erzielen, wenn das Lot sich über eine Länge von etwa 3 bis 4 Windungen am Mo-Gewickel erstreckt. Eine typische Einschmelzlänge hier ist 1 mm.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 eine Metallhalogenidlampe schematisch;
2 eine neuartige Ausführungsform des Endbereichs;
3 die Schwankung der Farbtemperatur bei neuartigen Lampen;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Endbereichs;
5 die Schwankung der Farbtemperatur bei konventionellen Lampen;
6 ein Detail des Endbereichs bei konventionellen Lampen.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 1 zeigt 1. Sie hat ein keramisches Entladungsgefäß 2, das zweiseitig verschlossen ist. Es ist längsgestreckt und hat zwei Enden 3 mit Abdichtungen. Im Innern des Entladungsgefäßes sitzen zwei Elektroden 4 einander gegenüber. Die Abdichtungen sind als Kapillaren 5 ausgeführt, in denen ein Durchführung 6 mittels Glaslot 19 abgedichtet ist. Aus der Kapillare 5 ragt jeweils das Ende der Durchführung 6, die entladungsseitig mit der zugeordneten Elektrode 4 in bekannter Weise verbunden ist, hervor. Diese ist über eine Stromzuführung 7 und eine Quetschung 8 mit Folie 9 mit einem Sockelkontakt 10, verbunden. Der Kontakt 10 sitzt am Ende eines das Entladungsgefäß umgebenden Außenkolbens 11.
In 2 ist der Endbereich im Detail für eine 70 W Lampe gezeigt. Die Kapillare 5 ist hier integral an das Entladungsvolumen angesetzt. Die Kapillare hat einen Innendurchmesser DKI von 800 μm, der so gewählt ist, dass das Elektrodensystem gerade hineinpasst. Die Durchführung 6 ist aus drei Teilen zusammengesetzt. Das erste frontseitig zur Elektrode 4 zeigende Teil 15 ist ein Mo-Stift mit einem Durchmesser D1 von 770 μm. Er hat eine Länge L1 von 7 mm. Frontseitig ist daran der Schaft der Elektrode 4 befestigt. Nach außen hin schließt sich an den Stift 15 ein System aus Mo-Kernstift 16 und darauf aufgeschobenem Mo-Gewickel 17 an, dessen Außendurchmesser D2 680 μm beträgt, bei einer Länge von L2 = 2,5 mm. Daran schließt sich ein Niobstift 18 an mit einem Durchmesser von 730 μm. Seine Eintauchtiefe L3 in die Kapillare beträgt 2,6 mm. Im allgemeinen sollten L2 und L3 etwa gleich groß sein und zusammen etwa 30 bis 50% der Länge LG des gesamten in der Kapillare befindlichen Teils der Durchführung ausmachen.
Das Glaslot 19 ist außen am Ende der Kapillare angebracht und erstreckt sich nach innen etwa soweit, dass es den gesamten eingetauchten Teil des Niobstifts 18 und einen kleinen Teil des Mo-Gewendels 17 abdeckt. Bevorzugt deckt es etwa 3 bis 4 Windungen des Gewendels 17 bei einer typischen axialen Länge von 1 mm ab.
Der Spalt hin zur Kapillare im Bereich des ersten Teils 15 der Durchführung ist klein genug um das Hineinlaufen der Füllung in die Kapillare zu verhindern. Er hat eine Spaltbreite von typisch 15 μm. Diese ist auch klein genug um den Heat-Pipe-Effekt zu unterbinden. Es kommt sehr schnell zu einem Gleichgewicht. Andererseits verhindert die kurze Abdichtstrecke des Glaslots auf dem Mo-Gewickel, dass Risse im Glaslot zu einem Leck führen können.
3 zeigt die Farbtemperaturschwankung einer derartigen Lampe. Die Farbtemperatur Tn verändert sich jetzt nur noch in einem Bereich von etwa 100 K. Auch hier sind wieder die Spikes zu ignorieren. 3 zeigt die Verhältnisse bei zwei unterschiedlich gewählten Füllungen mit einer Farbtemperatur von 2660 bzw. 2700 K. Dabei schwankt die Farbtemperatur der Füllung (1) etwa zwischen 2660 und 2770 K, während die der Füllung (2) zwischen etwa 2550 und 2630 K streut.
4 zeigt schließlich eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Durchführung 6, bei der am Ende des ersten Teils 15 in der Nähe des zweiten Teils 16 eine schmale Wärmestaunut 25 umläuft. Typisch ist eine Einkerbtiefe der Nut 25 in der Größenordnung von 50 bis 100 μm. Damit wird der Wärmefluss entlang des massiven ersten Teils verringert und somit die Belastung der Glaslot-basierten Abdichtung reduziert. Bevorzugt sollte die Nut im hinteren Drittel des Mo-Stifts 15 angeordnet sein.
Als Glaslot eignet sich ein bekanntes Glaslot, siehe beispielsweise WO 2005/124823 .
Als Füllung für das Entladungsgefäß eignet sich jede bekannte Metallhalogenidfüllung. Das System ist jedoch besonders für Füllsysteme geeignet, die ein Halogenid des Cer enthalten. Beispielsweise kann eine Füllung verwendet werden wie in WO9825294 , US6525476 , WO9928946 .
Statt Niob kann auch ein anderes niobähnliches Material wie in EP 587238 aufgeführt verwendet 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

- EP 1211714 [0002]
- EP 587238 [0003, 0031]
- WO 2005/124823 [0029]
- WO 9825294 [0030]
- US 6525476 [0030]
- WO 9928946 [0030]

Claims

Hochdruckentladungslampe mit einem längsgestreckten keramischen Entladungsgefäß mit einer Metallhalogenid-Füllung, an dessen Enden eine Elektrode mittels einer Durchführung in einer Kapillare abgedichtet ist, die einen gegebenen Innendurchmesser DKI besitzt, wobei die Durchführung aus drei Teilen zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchführung aus einem überwiegend aus Mo bestehendem Stift als erstem, frontseitigen Teil besteht, dessen Durchmesser einen Spalt von maximal 20 μm gegenüber der Kapillare belässt und dessen Länge L1 50 bis 70% der Gesamtlänge LG des in der Kapillare befindlichen Tels der Durchführung beträgt, sowie aus einem Mittelteil, bestehend aus einem Kernstift, der überwiegend aus Mo besteht und einem darauf aufgebrachten Gewickel aus Mo, dessen Durchmesser D2 einen Spalt von 40 bis 80 μm gegenüber der Kapillare belässt und dessen Länge L2 15 bis 30% der Gesamtlänge LG ausmacht, sowie aus einem am Ende befindlichen Niobstift, dessen Durchmesser einen Spalt von 25 bis 45 μm zur Kapillare hin belässt, wobei die Länge L3 des in der Kapillare befindlichen Teils des Niobstifts etwa 20 bis 35% der Gesamtlänge LG ausmacht, wobei die Durchführung mittels eines Glaslots abgedeckt ist, das sich von außen über mehrere, insbesondere 3 bis 4, Windungen des Mo-Gewickels erstreckt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der frontseitige Mo-Stift an seinem dem Mittelteil zugewandten Ende eine umlaufende Nut besitzt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung ein Halogenid des Cers enthält.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Entladungsgefäß und Kapillare einstückig ausgebildet sind.