DE3842771A1 - Hochdruckentladungslampe kleiner elektrischer leistung und verfahren zum betrieb - Google Patents
Hochdruckentladungslampe kleiner elektrischer leistung und verfahren zum betriebInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe
kleiner elektrischer Leistung mit den im Oberbegriff
des Hauptanspruchs bezeichneten Merkmalen.
Hochdruckentladungslampen, insbesondere solche mit
Metallhalogenidfüllung, setzen sich in letzter Zeit
vermehrt zum Zweck der Allgemeinbeleuchtung durch.
Aber auch für die Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen
wurden solche Lampen bereits vorgeschlagen. Für beide
Anwendungszwecke sind Leistungsstufen unterhalb 70 W,
z. B. 35 W, völlig ausreichend. Unbefriedigend ist aber
noch immer die Anlaufzeit zwischen der Zündung und
dem Erreichen des Endlichtstroms. Sie beträgt bei
einer konventionell betriebenen Lampe ca. 40 sec.
In dem DE-GM 86 23 908 wurde deshalb vorgeschlagen, die
Lampe im ausgeschalteten Zustand fremd zu beheizen, um
so die Füllsubstanzen verdampft zu halten und auf
diese Weise von einem höheren Temperatur- und damit
Druckniveau ausgehend eine verkürzte Anlaufzeit von
nur ca. 8 sec zu erreichen. Abgesehen von der für
die Fremdheizung erforderlichen zusätzlichen elek
trischen Energie und dem damit verbundenen Instal
lationsaufwand ist aber auch eine derart verkürzte
Anlaufzeit für viele Anwendungszwecke noch immer nicht
befriedigend.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
die Anlaufzeit der Metallhalogenidlampe noch weiter zu
verkürzen. Auf eine Fremdbeheizung der Lampe soll mit
Rücksicht auf den zusätzlichen Energieverbrauch und
die Maßnahmen für die Energieversorgung verzichtet
werden.
Diese Aufgaben werden durch eine Kombination der kenn
zeichnenden Merkmale wie im Hauptanspruch angegeben
gelöst. Hauptmerkmal ist hierbei das elektronische
Vorschaltgerät, mit dessen Hilfe eine Regelung des
Anlaufstroms zwischen der Lampenzündung und dem
Erreichen des Endlichtstromes in einem Bereich bis zum
zehnfachen Wert des Nennstroms möglich ist. Die
entsprechenden Schaltungsanordnungen sind in den
Patentanmeldungen mit den Aktenzeichen P 37 19 356
und P 37 19 357 beschrieben. Die weitere Ausgestal
tung der vorliegenden Erfindung ist in den Unteran
sprüchen dargelegt. Durch diese Betriebsweise wird der
90%-Lichtstrom einer konventionellen Metallhalo
genidlampe von ursprünglich ca. 30 sec auf ca. 5 sec
reduziert. Eine weitere Reduzierung auf nur noch
ca. 1 sec für den 90%-Lichtstrom ist mit einer
Kombination der verbleibenden am Entladungsgefäß
vorzunehmenden Maßnahmen hinsichtlich Beschichtung,
Dotierung und der Füllung des Entladungsgefäßes
möglich, wobei die Regelung des Anlaufstroms bis an
die zulässige Obergrenze des elektronischen Vorschalt
gerätes, nämlich bis an den ca. 10fachen Nennstrom
heranreichend erfolgt. Gegenüber dem konventionellen
Betrieb einer derartigen Lampe bedeutet dies eine
Verkürzung der Anlaufzeit um den Faktor 30. Der hohe
Überstrom während der Anlaufphase heizt die optimierte
Masse des Entladungsgefäßes schnell auf. Die entstan
dene Wärme wird dann aufgrund der Dotierung des
Entladungsgefäßmaterials sowie der beschriebenen
unterschiedlichen Beschichtungen in das Entladungsge
fäß reflektiert bzw. von diesem absorbiert, so daß die
abgestrahlte Wärme reduziert und Wärmeverluste mini
miert werden. Die gegenüber herkömmlichen Metallhalo
genidlampen auf diese Weise zusätzlich gewonnene Wärme
wird voll zur Verdampfung der Füllsubstanzen genutzt
und verkürzt dadurch die Anlaufzeit in erheblichem
Maße. Das Xenon im Entladungsgefäß bewirkt einen hohen
Sofortlichtanteil im unmittelbaren Anschluß an die
Zündung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei Figuren
näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Metallhalogenidlampe mit einer
Strahlung reflektierenden Beschichtung in
schematischer Darstellung,
Fig. 2 zeigt die Anlaufkurven einer an einem steuer
baren elektronischen Vorschaltgerät betrie
benen Metallhalogenidlampe ohne reflektierende
Beschichtung, ohne Dotierung des Quarzglases
und ohne Xenon-Füllung,
Fig. 3 zeigt die Anlaufkurve des Lichtstroms einer an
einem steuerbaren elektronischen Vorschalt
gerät betriebenen Metallhalogenidlampe mit
reflektierender Beschichtung und mit Xenon-
Füllung.
Die Metallhalogenidhochdruckentladungslampe 1 der
Fig. 1 besteht aus Quarzglas und weist ein Entla
dungsgefäß 2 mit zwei an gegenüberliegenden Seiten des
Entladungsgefäßes 2 angeordneten Einschmelzungen in
Form einer Quetschung 3 auf. In jede Quetschung 3 ist
ein Elektrodensystem gasdicht eingeschmolzen, das aus
einer innerhalb des Entladungsgefäßes 2 angeordneten
Elektrode 4 aus Wolfram, einer von der Quetschung 3
eingebetteten Dichtungsfolie 5 aus Molybdän sowie
einer aus der Quetschung 3 in Lampenlängsachse aus
tretenden Stromzuführung 6 aus Molybdän besteht. Die
Stromzuführungen weisen an der Stelle ihres geringsten
Querschnitts, das sind im vorliegenden Fall die
Dichtungsfolien 5 aus Molybdän, eine Fläche von
ca. 10 mm2 auf. Die Elektroden 4 sind in diesem Aus
führungsbeispiel als Kugelelektroden mit einem Kugel
durchmesser von ca. 0,35 mm ausgeführt, die sich am
Ende des Wolframdrahtes mit ca. 0,18 mm Durchmesser
befinden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Metall
halogenidhochdruckentladungslampe 1 mit ca. 35 W
Leistungsaufnahme weist das Entladungsgefäß 2 eine im
wesentlichen elliptische Gestalt mit einem Außen
durchmesser von ca. 5,5 mm und einer Länge zwischen
den Einschnürungen 7 von ca. 7 mm auf. Die Masse
dieses Entladungsgefäßes 2 beträgt ca. 6 mg je Watt
elektrischer Leistung, im vorliegenden Ausführungsbei
spiel einer 35 W-Lampe also ca. 0,2 g. In einem
Volumen von nur 0,025 cm3 enthält das Entladungsgefäß
2 neben dem Argon als Startgas auch Quecksilber sowie
die Halogenide von Natrium und vorzugsweise Scandium
oder von Natrium und einem Metall der Seltenen Erden.
An jeder Einschnürung 7, das ist der Übergangsbereich
vom Entladungsgefäß 2 zur Quetschung 3, ist zuerst
eine Beschichtung 8 aus Siliziumeisenoxid und darüber
eine weitere Schicht aus Zirkondioxid aufgetragen. Der
Winkel α, der durch die Lampenquerachse und der
Verbindungslinie zwischen dem Mittelpunkt des Entla
dungsraumes sowie dem äußeren Rand der Beschichtung 8
auf dem Entladungsgefäß 2 gebildet wird, liegt bevor
zugt im Bereich zwischen 50° und 55°. Die Beschichtung
8 bedeckt somit ziemlich genau die hinter den Elek
troden 4 liegenden Räume und heizt diese bevorzugt
auf. Der transparente Teil des Entladungsgefäßes 2 ist
darüber hinaus mit einer sichtbare Strahlung trans
mittierenden, aber IR-Strahlung reflektierenden
dichroitischen Beschichtung 9 aus Titandioxid und
Siliziumdioxid mit einer Schichtdicke von ca. 0,2 µm
versehen. Die Elektroden 4 sind an ihrer sich einander
zugewandten Oberfläche kugelförmig ausgebildet. Auf
eine weitere Maßnahme, nämlich die Dotierung des
Quarzglases mit einem UV-Strahlung absorbierenden
Mittel, vorzugsweise Titandioxid, mit einer Menge von
0,02 Gew.-% bis 0,2 Gew.-% wurde im vorliegenden
Ausführungsbeispiel verzichtet, ebenso wie auf die
Füllung des Entladungsgefäßes mit Xenon.
In den Fig. 2a und 2b sind die Anlaufkurven einer
"nackten" Metallhalogenidhochdruckentladungslampe 1
ohne jegliche Beschichtung oder Dotierung des Quarz
glases und ohne Xenon-Füllung wiedergegeben. Die Lampe
selbst wurde aber an einem erfindungsgemäßen elektro
nischen, den Anlaufstrom regelnden Vorschaltgerät
entsprechend Anspruch 1a) betrieben. Der Anlaufstrom
von ca. 2,6 A entspricht etwa dem 6,5fachen Nennstrom
der Lampe 1. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, wird
der 30%-Lichtstrom Φ bei ca. 3,0 sec, der 50%-Licht
strom Φ bei ca. 3,8 sec und der 90%-Lichtstrom Φ
bereits bei ca. 4,5 sec erreicht. Der Anstieg des
Lichtstroms Φ erfolgt steil und übersteigt nach
ca. 5 sec den Nennlichtstrom Φ auf ca. 120%, um sich
dann nach ca. 15 sec auf seinen Nennwert einzustellen.
Die anderen gemessenen Parameter, wie Farbtemperatur
T, Brennspannung der Lampe U sowie deren Leistungsauf
nahme P, sind ebenfalls den Diagrammen zu entnehmen
und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.
Die Anlaufkurve des Lichtstroms Φ der Fig. 3 stammt
von einer Metallhalogenidhochdruckentladungslampe
ähnlich der Fig. 1, jedoch ohne die Beschichtung 9,
aber mit einem mit Xenon gefüllten Entladungsgefäß bei
einem Kaltfülldruck von ca. 6 bar. Die Lampe wurde wie
im vorangegangenen Beispiel an dem elektronischen
Vorschaltgerät betrieben, wobei der Anlaufstrom bei
3,3 A lag, was etwa dem ca. 8,5fachen Nennstrom ent
spricht. Wie hier deutlich zu erkennen ist, erfolgt
der Anstieg des Lichtstromes noch steiler als im
Beispiel der Fig. 2a). Der 90%-Lichtstrom Φ wird
hier schon nach ca. 1 sec erreicht. Diese extrem kurze
Anlaufzeit ist durch das Aufbringen der Beschichtungen
8 und 9 entsprechend der Fig. 1 und/oder eine
Dotierung des Quarzglases mit TiO2 oder CeO2 noch
weiter zu verkürzen.
Claims (7)
1. Hochdruckentladungslampe (1) kleiner elektrischer
Leistung mit zugeordnetem elektronischen Vorschalt
gerät, bei der die Lampe ein Entladungsgefäß (2) und
eine darin enthaltene Füllung von mindestens einem
Edelgas, Quecksilber und Metallhalogeniden aufweist,
und in das Entladungsgefäß (2) mindestens zwei
Elektroden (4) über Stromzuführungen (6) gasdicht
hineingeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß außer
den Merkmalen a) bis c) mindestens noch ein weiteres
der Merkmale d) bis g) in Kombination vorliegt.
- a) Das elektronische Vorschaltgerät beinhaltet eine Steuervorrichtung, die den Anlaufstrom der Lampe (1) auf einen Wert einstellt, der zwischen dem fünffachen und dem zehnfachen Wert des Nennstromes liegt.
- b) Das Entladungsgefäß (2) enthält als Füllung min destens die Halogenide von Natrium und Scandium oder von Natrium und einem Metall der Seltenen Erden.
- c) Die Masse des Entladungsgefäßes (2) liegt im Bereich zwischen 0,002 Gramm je Watt und 0,1 Gramm je Watt elektrischer Leistung der Lampe.
- d) Das Entladungsgefäß enthält als Füllgas Xenon mit einem Kaltfülldruck von mindestens 3 bar.
- e) Das Entladungsgefäß (2) ist zumindest teilweise mit mindestens einem Mittel versehen, das nicht sicht bare Strahlung reflektiert oder absorbiert und sichtbare Strahlung transmittiert.
- f) Die Schäfte der Elektroden (4) weisen einen Durch messer von maximal 0,3 mm auf.
- g) Der sich einander zugewandte Teil der Elektroden (4) ist verrundet.
2. Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das nicht sichtbare
Strahlung reflektierende und sichtbare Strahlung
transmittierende Mittel aus einer auf die Oberfläche
des Entladungsgefäßes (2) aufgetragenen dichroitischen
Beschichtung (9) aus TiO2 oder SiO2 und Si3N4
besteht.
3. Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die dichroitische
Beschichtung (9) eine Dicke aufweist, die im Bereich
von 0,1 µm bis 1,5 µm liegt.
4. Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das nicht sichtbare
Strahlung absorbierende und sichtbare Strahlung
transmittierende Mittel aus einer dem Material des
Entladungsgefäßes (2) zugesetzten Dotierung aus
TiO2, CeO2, TiO2 oder BaMgAl2O3 besteht.
5. Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die dem Material des
Entladungsgefäßes (2) zugesetzte Dotierung eine Menge
aufweist, die im Bereich von 0,02 Gew.-% bis
0,2 Gew.-% je Gewichtseinheit liegt.
6. Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Entladungs
gefäßes (2) mit einer nicht sichtbare und sichtbare
Strahlung reflektierenden Beschichtung (8) aus Zirkon
dioxid versehen sind.
7. Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Entladungs
gefäßes (2) außer der Beschichtung (8) aus Zirkon
dioxid zusätzlich eine Beschichtung aus Silizium
eisenoxid aufweisen.
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---|---|---|---|---|
DE10204691C1 (de) * | 2002-02-06 | 2003-04-24 | Philips Corp Intellectual Pty | Quecksilberfreie Hochdruckgasentladungslampe und Beleuchtungseinheit mit einer solchen Hochdruckgasentladungslampe |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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HU202672B (en) | 1991-03-28 |
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DD290505A5 (de) | 1991-05-29 |
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