DE202010016865U1

DE202010016865U1 - Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfe

Info

Publication number: DE202010016865U1
Application number: DE202010016865U
Authority: DE
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2020-12-22

Abstract

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 das Entladungsgefäß in dem Außenkolben haltert, wobei als Zündhilfe ein UV-Enhancer im Außenkolben untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer einen UV-transparenten Behälter aufweist, wobei der Behälter einen Hohlraum umschließt, der mit einem Gas gefüllt ist, das UV-Strahlung abstrahlen kann, und wobei im Hohlraum außerdem ein nichtleitendes Pulver oder Granulat mit eingebracht ist.

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 US 5 811 933 und US 6 919 686 ist eine Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß bekannt, bei der eine Zündhilfe verwendet wird. Die Zündhilfe ist ein sog. UV-Enhancer.
Weitere UV-Enhancer sind beispielsweise in US 5,942,840 ; US 6,806,646 beschrieben. 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.
Der modifizierte UV-Enhancer bietet einige Vorteile im Vergleich mit vorhandener Ausführungsformen. Der neuartige UV-Enhancer ist nicht nur mit Gas, sondern auch mit einem dielektrischen Pulver oder Granulat gefüllt. Insbesondere wird als dielektrisches Pulver oder Granulat Aluminiumoxid oder Titanoxid verwendet. Bevorzugt ist die Korngröße des Granulats im Bereich von 1 bis 150 μm, insbesondere ist sie ca. 100 μm oder kleiner. Dabei ist die Korngröße insbesondere als mittlerer, ggf. äquivalenter, Korndurchmesser zu verstehen, wobei ein Bereich von 5 bis 100 μm als mittlerer Korndurchmesser besonders gut geeignet ist.
Das Gefäß des Enhancers wird normalerweise aus Quarzglas hergestellt. Eine Metallfolie befindet sich im Gefäß, die als eine Elektrode fungiert. Diese Elektrode wird mit einer anderen Elektrode, die außerhalb des Gefäßes positioniert ist, kapazitiv gekoppelt. Durch eine Teilentladung im Sinne eines unvollkommenen elektrischen Durchschlags im Gebiet zwischen beiden Elektroden wird UV-Strahlung erzeugt.
Das dielektrische Pulver bildet winzige Hohlräume im Gefäß des Enhancers. Der dielektrische Widerstand im Pulver ist relativ klein, da hier die Dielektrizitätskonstante ε groß ist. Umgekehrt ist der dielektrische Widerstand in den Hohlräumen zwischen den Körnern des Granulats groß, da ε klein ist. Dadurch, und auch weil die Hohlräume sehr klein sind, steigt das elektrische Feld in diesen Bereichen an. Die Feldsteigerung in den Hohlräumen führt zur Entstehung der Teilentladung und damit zu einer Erzeugung von UV-Strahlung.
Der UV-Enhancer kann formangepasst an der Kapillare befestigt sein und befindet sich insbesondere an deren Ende. Dabei ist der der Kapillare zugewandte Teil des Behälters der Form der Außenwand der Kapillare angepaßt, der behälter ist somit unsymmetrisch. Er umfasst einen Hohlruam, der das Volumen für den UV-Enhancer bildet. Der Behälter 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. Dieser formangepasste Behälter kann auf sehr eifnache und zuverläsige Weise durch einen Gurt an der kapillare befestigt werden.
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, Ar-Xe oder Ar-Hg oder N2) und dem Granulat 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.
Formangepasste UV-Enhancer zeichnen sich durch absolute Positionstreue und gleichbleibende Wirkung aus. Die UV-Erzeugung erfolgt außerdem in umittelbarer Nähe des Entladungsgefäßes.
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.
Die Vorteile einer Verwendung von Granulat sind wie folgt: Die Steigerung des Feldes in den Hohlräumen führt zu einem relativ niedrigen Spannungs-Bedarf für die UV-Erzeugung. Das heißt, dass man den UV-Enhancer mit relativ niedriger Spannung betreiben kann.
Es hat sich gezeigt, dass bei häufiger Warmzündung der Lampe die innere Elektrode, also die innere Metallfolie des Enhancers, gesputtert wird. Dieses Phänomen führt zur Schwärzung des Gefäßes des Enhancers und kann die Wirkung des Enhancers im Laufe der Zeit verschlechtern. Bei dem neuartigen UV-Enhancer setzen sich diejenigen Atome, die von der Metall-Folie absputtern, auf den dielektrischen Teilchen, sei es ein Pulver oder Granulat, ab. Das heißt, dass das Gefäß des Enhancers nicht geschwärzt wird.
Als Elektrode eignet sich auch ein Metalldraht aus Mo oder W, der sich innerhalb des Enhancers befindet. Diese Elektrode ist mit dem eigentlichen potentialgebenden Elektrodensystem bzw. Bügeldraht verbunden. Die andere Elektrodenform ist eine Metall-Folie aus Mo oder W, die sich innerhalb des Hohlraums befindet und die durch einen Metall-Draht mit dem eigentlichen potentialgebenden Elektrodensystem bzw. Bügeldraht verbunden wird.
Eine Metall-Folie oder ein bis zwei Drähte, die sich außerhalb des Enhancers befindet, wird mit dem Gegenpol kontaktiert und fungiert als zweite Elektrode.
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 das Entladungsgefäß in dem Außenkolben haltert, wobei als Zündhilfe ein UV-Enhancer im Außenkolben untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer einen UV-transparenten Behälter aufweist, wobei der Behälter einen Hohlraum umschließt, der mit einem Gas gefüllt ist, das UV-Strahlung abstrahlen kann, und wobei im Hohlraum außerdem ein nichtleitendes Pulver oder Granulat mit eingebracht ist.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer eine einzige Elektrode im Hohlraum aufweist.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver oder Granulat eine hohe Dielektrizitätskonstante ε von mindestens 2 aufweist.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver oder Granulat im wesentlichen aus Aluminiumoxid und/oder Titanoxid besteht, wobei insbesondere die mittlere Korngröße des Pulvers oder Granulats im Bereich 1 bis 100 μm liegt. Granulat ist als körniges bis pulverförmiges Material zu verstehen.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Pulvers oder Granulat im Behälter so hoch ist, dass zumindest ein Teil der Folie davon bedeckt ist.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Elektrode durch einen Stift oder Folie im Hohlraum realisiert ist.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie einen gezackten Rand aufweist.
8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine durchbrochene Oberfläche nach Art einer Käsereibe aufweist.
9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver oder Granulat einen mittleren Korndurchmesser von 1 bis 150 μm, insbesondere 5 bis 100 μm, aufweist.
10. 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 Behälter eines UV-Enhancers mit Füllung in keramischer Ausführungsform (2a) und Glaskapsel-Form (2b);
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hochdruckentladungslampe;
4 eine maßstäbliche Darstellung eines Schnitts durch einen UV-Enhancer nach dem Stand der Technik;
5 eine Darstellung des elektrischen Feldes in einem UV-Enhancer nach 4;
6 eine maßstäbliche Darstellung eines Schnitts durch einen neuartigen UV-Enhancer;
7 eine Darstellung des elektrischen Feldes in einem UV-Enhancer nach 6;
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 denen 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. Auf einer ersten Kapillare 5 oder in enger Nähe dazu sitzt ein UV-Enhancer 10, der mit dem kurzen Gestelldraht 7 über eine Zuleitung 11 verbunden ist.
2a zeigt im Detail einen Behälter 12 des UV-Enhancers 10. Der Behälter 12 ist im Prinzip ein dosen- oder tassenartiges keramisches Rohr mit Seitenwand 13, Bodenteil 14 und Kuppel 15. Der Behälter kann auch anders geformt sein und er kann auch aus Glas gefertigt sein. Wesentlich für die Erfindung ist, dass der Behälter eine Füllung aus Gas, insbesondere einem Penninggemisch oder Argon, und Pulver aufweist. Gut geeignet ist keramisches Granulat von Aluminiumoxid mit mittlerem Korndurchmesser von 50 bis 100 μm.
Der Behälter 12 weist einen rohrartigen Hohlraum 17 auf, in den von einer Seite, dem Kuppelbereich 15 der Dose, eine Elektrode 18 hineinragt. Die Elektrode ist im Deckel 15 abgedichtet, beispielsweise mittels Glaslot. Die andere Seite der Dose, der Bodenbereich 14 der Dose, ist transparent verschlossen bzw. aus transparenter Keramik gefertigt. Die im UV-Enhancer 10 während der Zündung erzeugte UV-Strahlung kann durch den Boden oder ein transparentes Fenster im Boden den Behälter verlassen und so in das Entladungsgefäß 2 gelangen und dort die Füllung ionisieren. Dabei ist der Boden 14 so ausgerichtet, dass er in Richtung hin zum Entladungsgefäß zeigt.
Der Hohlraum 17 muss in jedem Fall groß genug sein, um die einzige Elektrode 18 aufzunehmen, wobei der UV-Enhancer nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung arbeitet.
Die Elektrode 18 ist ein Stift oder auch bevorzugt eine Folie, meist aus W oder Mo. Sie hat am äußeren Ende 19 einen Kontaktdraht 11 angesetzt, siehe 1. Die Elektrode 18 wird in den Hohlraum 17 eingeführt. Dann wird ein Füllgas in den Hohlraum 17 eingefüllt und der Hohlraum, insbesondere mit Glaslot, verschlossen.
Als Füllgas eignen sich allgemein bekannte Füllungen für UV-Enhancer wie Edelgase.
Alternativ ist gemäß 2b der Behälter einfach eine Kapsel 20 aus Quarzglas mit transparenter Kuppel 21. Am anderen Ende der Kapsel befindet sich eine Quetschung 22. Dort endet die Zuleitung 23. Sie ist mit einer Folie 24 verbunden, die sich als einzige Elektrode bis in den Behälter, also den Innenraum der Kapsel 20, erstreckt. Die Folie 24 kann insbesondere auch gezackte Ränder aufweisen. Im Innenraum ist außer dem Gas auch ein Granulat 25 eingefüllt. Das Granulat 25 ist hier symbolisch eingezeichnet.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hochdruckentladungslampe mit Entladungsgefäß aus Quarzglas und mit UV-Enhancer an einer der beiden Quetschungen 55 in zwei Ansichten gemäß 3a und 3b. Hier wird ein Außentrigger verwendet. Die erste Außenelektrode ist mit 30 bezeichnet, eine zweite Außenelektrode 31 ist einem Verlängerungsdraht 32 angesetzt, der von einer Zündelektrode 33 ausgeht. Die beiden Außenelektroden 30, 31 eignen sich dabei direkt als Befestigungshilfe für den UV-Enhancer 34. Die erste Außenelektrode 30 induziert durch elektrostatische Kopplung eine dielektrisch behinderte Entladung in die Kapsel 35 des UV-Enhancers.
In 4 ist ein Querschnitt durch einen UV-Enhancer 39 mit einer Folie 41 als Innenelektrode gezeigt. Es handelt sich um einen UV-Enhancer gemäß Stand der Technik, dessen Behälter 40 nur mit Gas, hier Argon, gefüllt ist. Die Folie 41 ist mittig angeordnet.
Eine derartige Anordnung führt gemäß 5 zu einem elektrischen Feld, angegeben in V/m, bei der Zündung, das im Bereich der beiden Kanten der Folie sehr hoch ist, was die Schwärzung der Innenwand des Behälters stark begünstigt und damit die Funktionstüchtigkeit des UV-Enhancers stark herabsetzt.
6 zeigt einen UV-Enhancer 39 ähnlicher Bauert, jedoch mit dem Unterschied, dass der Behälter 40 mit Aluminiumoxid-Granulat 42 auf der ersten Seite der Folie in der Nähe der ersten Kante 45 zusätzlich gefüllt ist. Die zweite Seite der Folie in der Nähe der zweiten Kante 46 ist absichtlich frei von Granulat gelassen.
7 zeigt das zugehörige elektrische Feld bei der Zündung. Es ist zwar auf der zweiten Seite, wo kein Granulat angebracht ist, ähnlich hoch wie beim Stand der Technik (konkret hier etwa 1·10⁷ V/m), jedoch bewirkt das Granulat, dass auf der ersten Seite elektrische Feldstärken stark inhomogen auftreten und dabei Spitzenwerte von bis zu 5·10⁷ V/m erreichen, also wesentlich höher als beim Stand der Technik sind. Das Granluat wirkt also als Feldverstärker, so dass die zum Zünden angelegte Spannung reduziert werden kann. Alternativ kann bei gleicher angelegter Spannung die resultierende elektrische Feldstärke erhöht werden.
Die kapazitive Kopplung kann insbesondere mit Hilfe diskreter Bauelemente wie eines Kondensators noch verstärkt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5811933 [0002]
US 6919686 [0002]
US 5942840 [0003]
US 6806646 [0003]
US 4987344 [0018]
US 4721888 [0018]

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 das Entladungsgefäß in dem Außenkolben haltert, wobei als Zündhilfe ein UV-Enhancer im Außenkolben untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer einen UV-transparenten Behälter aufweist, wobei der Behälter einen Hohlraum umschließt, der mit einem Gas gefüllt ist, das UV-Strahlung abstrahlen kann, und wobei im Hohlraum außerdem ein nichtleitendes Pulver oder Granulat mit eingebracht ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer eine einzige Elektrode im Hohlraum aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver oder Granulat eine hohe Dielektrizitätskonstante ε von mindestens 2 aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver oder Granulat im wesentlichen aus Aluminiumoxid und/oder Titanoxid besteht, wobei insbesondere die mittlere Korngröße des Pulvers oder Granulats im Bereich 1 bis 100 μm liegt. Granulat ist als körniges bis pulverförmiges Material zu verstehen.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Pulvers oder Granulat im Behälter so hoch ist, dass zumindest ein Teil der Folie davon bedeckt ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Elektrode durch einen Stift oder Folie im Hohlraum realisiert ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie einen gezackten Rand aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine durchbrochene Oberfläche nach Art einer Käsereibe aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver oder Granulat einen mittleren Korndurchmesser von 1 bis 150 μm, insbesondere 5 bis 100 μm, aufweist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß eine Metallhalogenid-haltige Füllung aufweist.