DE3232207C2

DE3232207C2 -

Info

Publication number: DE3232207C2
Application number: DE3232207A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. 8028 Taufkirchen De Dobrusskin; Juergen Dr. Heider; Achim 8000 Muenchen De Gosslar
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1982-08-30
Filing date: 1982-08-30
Publication date: 1989-11-30
Also published as: JPH0531264B2; GB8323078D0; US4717852A; GB2126415A; DE3232207A1; GB2126415B; JPS5954167A

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe kleiner Leistung, deren Entladungsgefäß, vorzugsweise aus Quarzglas, neben einer Füllung aus Quecksilber sowie Zusätzen von Metallhalogeniden und Edelgas zwei dicht eingeschmolzene Elektroden aus hochschmelzendem Metall enthält, eine einseitige Quetschdichtung aufweist und von einem Außenkolben umgeben ist.

Bei Hochdruckentladungslampen mit Metallhalogenidfüllungen geht die Entwicklung in immer stärkerem Maße zu kleineren Leistungen, wodurch ein breiteres Anwendungsgebiet für diesen Lampentyp geschaffen wird. So wird z. B. der Einsatz auch in der Wohnraum- und Arbeitsplatzbeleuchtung möglich. Lampen für diesen Zweck sollten besonders günstige Zünd- und Betriebseigenschaften aufweisen.

Nach der DE-OS 29 30 328 ist z. B. eine Metallhalogenid- Hochdruckentladungslampe mit Außenkolben bekannt, bei der das Miniatur-Entladungsgefäß (mit einem Volumen <1 cm³) aus einem beidseitig gequetschten Rohr besteht mit an den Quetschenden eingeschmolzenen Elektroden. Das Entladungsgefäß ist mittels eines Gestells gehaltert, das von der Fußeinschmelzung des relativ großvolumigen Außenkolbens getragen wird, wobei letzterer mit einem Schraubsockel versehen ist. Bei dieser Lampe wird, um günstige Zünd- und Betriebseigenschaften zu erreichen, ein Penning-Zündgasgemisch aus Neon mit Argon, Krypton oder Xenon verwendet. Um den Neon-Verlust durch Diffusion aus dem Entladungsgefäß zu vermindern, weist auch der Außenkolben eine Neonfüllung auf.

Daneben sind auch Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen kleiner Leistung bekannt, z. B. aus der DE-OS 31 10 809, bei denen das Entladungsgefäß einseitig gequetscht ist und die beiden Elektroden in der einzigen Quetschung eingeschmolzen sind. Über die Verwendung von Außenkolben sind keine Hinweise gemacht. Im Hinblick auf ein möglichst günstiges Lebensdauerverhalten wird ein bestimmtes Verhältnis des Abstands zwischen jeder Elektrode und der benachbarten Gefäßwand zu dem Elektrodenabstand vorgeschlagen.

Aus der DE-OS 31 06 201 ist eine Hochdruck-Gasentladungslampe mit Hüllkolben bekannt, dessen Entladungsgefäß durch eine einseitige Quetschung verschlossen ist. Mit Hilfe eines zusätzlichen Heizelements in Form eines Glühfadens wird die Wiederzündfähigkeit der Lampe erleichtert. In der US-PS 38 67 661 wird eine schnell aufheizende Unterwasserlampe beschrieben, die mit Gleichstrom betrieben wird. Bei dieser Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe ist das Entladungsgefäß und der Hüllkolben - aus Glas oder einem anderen passenden transparenten Material - aus einem Stück geformt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckentladungslampe kleiner Leistung mit Metallhalogenidfüllung zu schaffen, die bei verhältnismäßig niedriger Spannung schnell und sicher - auch im Heißzustand - zu zünden und lageunabhängig zu betreiben ist. Dabei sollte die Lampe einen möglichst einfachen und kompakten Aufbau besitzen.

Die Hochdruckentladungslampe mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß auch der das Entladungsgefäß in geringem Abstand umgebende Außenkolben eine einseitige Quetschdichtung aufweist, wobei die Quetschdichtungen zur selben Seite hin gerichtet sind.

Hochdruckentladungslampen mit Metallhalogeniden, insbesondere solche mit kleinen Leistungen (<250 W), benötigen einen guten Wärmehaushalt, um zum einen ein gutes Verhältnis von aufgenommener elektrischer Leistung zu abgegebener Strahlungsleistung zu besitzen und zum anderen unabhängig von der Brennlage stabil betrieben werden zu können. Es ist notwendig, daß die Verluste durch Abstrahlung oder Ableitung von Energie, die nicht in sichtbares Licht umgesetzt wird, möglichst klein gehalten werden. Besonders wichtig wird dies für Lampen mit einer derzeit angestrebten kleinsten Leistung von ca. 30-50 W, da hier nur ein optimierter Wärmehaushalt zu reproduzierbaren Betriebsdaten, insbesondere hinsichtlich Farbtemperatur und Zündeigenschaften, führen kann.

Eine Maßnahme zur Erzielung eines guten Wärmehaushalts besteht darin, daß der Abstand zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben möglichst klein gewählt wird, wodurch eine wirksame Rückstrahlung (entsprechend dem Stephan-Boltzmann-Gesetz ∼T⁴) auf das Entladungsgefäß erreicht wird.

Der Abstand zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben läßt sich dann besonders klein halten, wenn sowohl das Entladungsgefäß als auch der Außenkolben jeweils nur eine Einschmelzung für beide Elektroden bzw. beide Stromzuführungen aufweist und die Einschmelzungen zur selben Seite hin gerichtet sind. In diesem Fall kann auf einen aufwendigen Gestellaufbau verzichtet werden, wodurch sich eine relativ dichte Anordnung von Außenkolben und Entladungsgefäß erreichen läßt. Besonders geeignet sind Quetscheinschmelzungen, da diese gegenüber Fußeinschmelzungen raumsparender und zudem fertigungstechnisch einfacher sind.

Dadurch, daß das Entladungsgefäß lediglich eine Quetschung aufweist und der Entladungsbogen dann zwischen den Elektroden quer zur Quetschung verläuft, erhält man im Gegensatz zu den zweiseitig gequetschten Entladungsgefäßen eine wesentlich gleichmäßigere Aufheizung. Es ergibt sich damit eine höhere Temperatur der "kältesten Stelle" im Entladungsgefäß und somit neben einer Dampfdruckerhöhung auch eine Erhöhung der Dampfdichte, die eine Lichtausbeutesteigerung bewirkt. Auf die übliche Verspiegelung der Entladungsgefäßenden kann dann verzichtet werden. Durch Wegfall des üblichen Gestellaufbaus, bei dem Metallteile dicht am Entladungsgefäß außen entlang geführt sind, wird auch ein Verlust von Natrium-Ionen im Entladungsgefäß weitgehend vermieden (die Lampe enthält vorteilhaft Natrium in der Füllung zur Erzielung einer warmen Lichtfarbe). Bei Lampen mit Metallteilen im Außenkolben werden durch die kurzwellige UV-Strahlung der Entladung Elektronen freigesetzt, die dann zu einer Diffusion von Natrium-Ionen aus dem Entladungsgefäß führen.

Das Entladungsgefäß der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe besteht vorzugsweise aus Quarzglas und weist eine Mattierung auf. Durch die Mattierung erfolgt eine stärkere und gleichmäßigere Aufheizung des Entladungsgefäßes. Hierdurch wird erreicht, daß bei unterschiedlichen Brennlagen der Lampe die photometrischen und elektrischen Daten im wesentlichen konstant bleiben. So haben Untersuchungen gezeigt, daß insbesondere der Farbort der Lampe nahezu stabil bleibt.

Der Außenkolben des Entladungsgefäßes besteht aus Quarzglas oder Hartglas, wobei ebenfalls eine Mattierung vorgesehen sein kann. Es kommt dann zu einer stärkeren Rückstrahlung auf das Entladungsgefäß, was eine weitere Aufheizung desselben bewirkt.

In einer Ausführungsform kann das Entladungsgefäß und/oder der Außenkolben aus einem Quarz- bzw. Hartglasgemenge bestehen (z. B. bei Quarzglas mit Beimengungen von TiO₂ oder CeO₂), das im UV-Strahlungsbereich eine geringe Durchlässigkeit besitzt. Durch die Beimengungen obiger Oxide zum Glasgemenge wird ein größerer Anteil der im Entladungsgefäß erzeugten UV-Strahlung zurückgehalten, die Energieverluste werden geringer und es ergibt sich eine weitere Verbesserung des Wärmehaushalts.

Eine Verbesserung des Wärmehaushalts läßt sich auch dadurch erreichen, daß man das Entladungsgefäß und/oder den Außenkolben aus einem Quarz- bzw. Hartglasgemenge herstellt, das im IR-Strahlungsbereich eine möglichst geringe Durchlässigkeit besitzt. Die Absorption von IR-Strahlung im Kolbenglas darf jedoch nur so groß sein, daß es nicht zu einer Erweichung des Glasmaterials führt. Im Fall des Außenkolbens kann dieser auch eine IR-reflektierende Beschichtung (z. B. Indium-dotierte Zinn-Oxid-Schicht) aufweisen. Es ist auch eine Kombination der aufgeführten Maßnahmen möglich, wobei dann z. B. das Entladungsgefäß aus Quarzglas mit im UV-Strahlungsbereich und der Außenkolben aus Quarz- oder Hartglas mit im IR-Strahlungsbereich geringer Durchlässigkeit besteht.

Des weiteren ist der Raum zwischen Außenkolben und Entladungsgefäß evakuiert, wodurch eine Leitung der Wärme vom Entladungsgefäß nach außen weitgehend verhindert wird.

Die Erfindung ist an Hand der folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 Hochdruckentladungslampe in ungesockeltem Zustand,

Fig. 2 Elektrode der Hochdruckentladungslampe nach Fig. 1,

Fig. 3 Hochdruckentladungslampe in gesockeltem Zustand.

Die in Fig. 1 dargestellte 40-W-Hochdruckentladungslampe 1 besteht aus einem einseitig gequetschten Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, dessen gesamte Außenoberfläche - einschließlich der Quetschung 3 - mit einer Mattierung versehen ist und einem Außenkolben 4, ebenfalls aus Quarzglas, mit einer Quetschung 5. Die Elektroden 6, 7 - schematisch dargestellt - sind mittels Molybdän-Folien 8, 9 in der Quetschung 3 eingeschmolzen. Die mit den Folien 8, 9 verbundenen Stromzuführungen 10, 11 dienen gleichzeitig als Halterung für das Entladungsgefäß 2 und sind mittels der Molybdän-Folien 12, 13 in der Quetschung 5 des Außenkolbens 4 eingeschmolzen. Über die mit den Folien 12, 13 verbundenen und aus dem Außenkolben herausgeführten Stromzuführungen 14, 15, diese sind aus Wolfram, erfolgt die elektrische Versorgung der Lampe 1. In die Quetschung 5 des Außenkolbens 4 ist auch der Befestigungsdraht 16 der als Metallplättchen ausgebildeten Getterhalterung 17 potentialfrei eingeschmolzen. Das Gettermaterial 18 besteht vorzugsweise aus einer Zirkoniumlegierung in einer Menge von 25 mg. Das Entladungsgefäß 2 weist ein Innenvolumen von 0,2 cm³ auf. Die Füllung setzt sich aus 0,3 mg NaJ, 0,75 mg SnJ₂, 0,06 mg TlJ und 8 mg Hg zusammen. Als Zündgas dient Argon, wobei wegen des kurzen Elektrodenabstands von 4 bis 5 mm ein Druck von 100 mbar gewählt werden kann. Durch diesen hohen Druck, der bedeutend über den sonst üblichen 30 bis 50 mbar bei Hochdruckentladungslampen mit Halogenidfüllungen liegt, wird eine weitere Verbesserung der Bogenübernahme erreicht.

Fig. 2 zeigt eine Elektrode 6 (der Aufbau der zweiten Elektrode 7 ist analog) der vorstehend beschriebenen Lampe 1. Die Elektrode 6, aus einem einzigen Drahtstück von 0,25 mm Durchmesser, besteht aus einem Schaftteil 19 und einem Wendelteil 20. Das Wendelteil 20 ist gegenüber dem Schaftteil 19 um 90° abgewinkelt, wobei der Wendelteil 2 1/4 Windungen aufweist und letztere - mit einem inneren Durchmesser von 0,3 mm - einen Abstand von 0,1 mm voneinander besitzen. Die Elektrode 6 besteht aus mit 0,7% Thoriumoxid angereichertem Wolfram und enthält keinen Emitter.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Lampe 1 ist am gequetschten Ende des Außenkolbens 4 (Quetschung 5) ein Stiftsockel 21 montiert. Der übrige Aufbau der Lampe 1 entspricht bis auf die Getteranordnung dem nach Fig. 1. Der Befestigungsdraht 22 des das Gettermaterial 23 tragenden Metallplättchens 24 ist hier in die Quetschung 3 des Entladungsgefäßes 2 eingeschmolzen (die Einschmelzung selbst ist in dieser Darstellung nicht sichtbar).

Lichttechnische Daten der 40-W-Lampe:

Leistungsaufnahme:\|40 W
Brennspannung:	80 V
Lampenstrom:	0,6 A
Leistungsfaktor:	0,85
Lichtstrom:	2500 lm
Lichtausbeute:	61 lm/W
Farbtemperatur:	3200 K
Farbwiedergabe Ra:	76

Claims

1. Hochdruckentladungslampe (1) kleiner Leistung, deren Entladungsgefäß (2), vorzugsweise aus Quarzglas, neben einer Füllung aus Quecksilber sowie Zusätzen von Metallhalogeniden und Edelgas zwei dicht eingeschmolzene Elektroden (6, 7) aus hochschmelzendem Metall enthält, eine einseitige Quetschdichtung (3) aufweist und von einem Außenkolben (4) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß auch der das Entladungsgefäß in geringem Abstand umgebende Außenkolben (4) eine einseitige Quetschdichtung (5) aufweist, wobei die Quetschdichtungen (3, 5) zur selben Seite hin gerichtet sind.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) und/oder der Außenkolben (4) mattiert sind.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) und/oder der Außenkolben (4) aus einem Quarz- bzw. Hartglasgemenge bestehen, das im UV-Strahlungsbereich eine geringe Durchlässigkeit besitzt.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) und/oder der Außenkolben (4) aus einem Quarz- bzw. Hartglasgemenge bestehen, das im IR-Strahlungsbereich eine möglichst geringe Durchlässigkeit besitzt bzw. daß der Außenkolben (4) eine IR-reflektierende Beschichtung aufweist.

5. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Außenkolben (4) und Entladungsgefäß (2) evakuiert ist.