DE69103912T2

DE69103912T2 - Einseitige Metalldampfentladungslampe.

Info

Publication number: DE69103912T2
Application number: DE69103912T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Honda; Atsushi Matsuura; Yasuki Mori; Hisanori Sano
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1990-01-14
Filing date: 1991-01-02
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2011-01-03
Also published as: DE69103912D1; KR910014991A; EP0438060B1; JP2765146B2; KR940004835B1; JPH03210757A; EP0438060A2; EP0438060A3; US5138218A

Description

Diese Erfindung betrifft eine kleine Metalldampfentladungslampe und insbesondere eine Metalldampfentladungslampe eines einseitigen bzw. einseitig gequetschten Typs, wie eine kleine Metallhalogenidlampe (sog. Halogenlampe), wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert ist.
Die herkömmliche Metalldampfentladungslampe eines allgemeinen Typs, wie eine Metallhalogenidlampe, liefert eine große Ausgangsleistung und weist eine große Entladungsröhre eines doppelseitigen (doppelseitig gequetschten) Typs auf.
Neuerdings ist eine Metalldampfentladungslampe (vgl. z.B. GB-A-2 211 347), z.B. eine kleine Metalldampfentladungslampe, z.B. eine Metallhalogenidlampe einer kleinen Ausgangsleistung, entwickelt worden. Diese neuentwickelte Lampe weist eine kleine Entladungsröhre eines einseitigen Typs auf.
Bei der kleinen Lampe ist das Verhältnis des (der) der Lampe zugespeisten elektrischen Stroms (oder Energie) zur Oberfläche des Entladungsraums, d.h. die Lampenlast, auf einen großen Wert von (z.B.) 20 - 70 W/cm² eingestellt, um damit den Wirkungsgrad der Lampe zu erhöhen. Zur Miniaturisierung der Entladungsröhre ist der Abstand zwischen den Elektroden wesentlich kleiner gehalten als bei der Lampe mit einer herkömmlichen zweiseitigen Entladungsröhre. Demzufolge ist eine große Menge an in den Entladungsraum eingesiegeltem Metall, wie Quecksilber, nötig, um die erforderlichen (geforderten) Lampencharakteristika oder -kennlinien, wie vorbestimmte Lampenspannung und Lampenleistung oder -strom (power), zu erzielen, so daß der beim Aufleuchten der Lampe in der Entladungsröhre herrschende Druck unvermeidlich eine sehr hohe Größe von (z.B.) 15 kg/cm² erreicht.
Die Entladungsröhre einer kleinen Metalldampfentladungslampe muß daher hohe Temperatur und hohen Druck aushalten (können). Die Entladungsröhre eines allgemeinen Typs besteht aus Quarzglas. Wenn diese Röhre beim Leuchten (der Lampe) bzw. im Lampenbetrieb (lightening) erschwerten Bedingungen unterworfen ist, erfährt sie eine Deformation unter Veränderung ihres Innenvolumens, was zu einer Änderung der Lampencharakteristika und zu einem Bruch der Lampe führt. Wenn zudem die kleine Entladungsröhre einer hohen Lampenlast ausgesetzt ist, kann die Temperatur des kühlsten Bereichs ungleichmäßig sein, und die Lampencharakteristika können sich sehr wahrscheinlich verändern.
Die vorliegende Erfindung wurde nun im Hinblick auf die oben geschilderten Gegebenheiten entwickelt; ihre Aufgabe ist die Schaffung einer Metalldampfentladungslampe mit einer kleinen Entladungsröhre eines einseitigen Typs, wobei die Zuverlässigkeit der Entladungsröhre verbessert und eine Verschlechterung der Lampencharakteristika sowie ein Bruch der Entladungsröhre verhindert werden und die Lampe eine lange Betriebslebensdauer sowie eine hohe (Betriebs-)Zuverlässigkeit besitzt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist oder wird die Dicke der Röhrenwand der einseitigen Entladungsröhre aus Quarzglas begrenzt, um damit die oben geschilderten Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden. Die Mindestdicke der Röhrenwand der Entladungsröhre der erfindungsgemäßen Lampe ist auf mindestens 1,5 mm begrenzt. Aufgrund dieser Begrenzung der Mindestdicke der Röhrenwand kann die Lampe im Lampenbetrieb einem hohen Innendruck widerstehen, und ein Bruch der Lampe kann verhindert werden.
Weiterhin ist die größte Wanddicke der Entladungsröhre der erfindungsgemäßen Lampe auf höchstens 3,0 mm begrenzt; das Verhältnis der Mindestwanddicke zur größten Wanddicke ist auf höchstens 0,65 begrenzt. Durch diese Begrenzungen der Wanddicken werden stabile Lampencharakteristika (-kennlinien) gewährleistet. Mit anderen Worten: ein Teil der durch Entladung erzeugten Strahlung wird durch die Entladungsröhre absorbiert, wobei durch Konvektion innerhalb der Entladungsröhre Wärme auf die Wand der Entladungsröhre übertragen wird. Weiterhin wird die Wärme von der Wand abgestrahlt. Die Menge der so über die Entladungsröhre übertragenen, d.h. abgeführten Wärme variiert in Abhängigkeit von der Wärmekapazität der Entladungsröhre und beeinflußt die Lampencharakteristika (negativ). Durch die Begrenzung der größten Röhrenwanddicke kann die Temperatur des kühlsten Bereichs der Entladungsröhre begrenzt werden, so daß damit die stabilen Lampencharakteristika erreicht werden. Weiterhin bedingt die Begrenzung des Verhältnisses von kleinster Wanddicke zu größter Wanddicke eine sehr kleine Änderung der Temperatur des kühlsten Bereichs der Entladungsröhre auch bei einer Änderung der Lampenstellung oder -lage. Bei Begrenzung dieses Verhältnis auf die oben angegebene Größe werden oder sind die Lampenstellung bzw. -lage im Lampenbetrieb und die Lampencharakteristika stabilisiert.
Durch die Begrenzung des Verhältnisses von kleinster Wanddicke der Entladungsröhre zu ihrer größten Wanddicke wird die in jedem Teil der Wand der Entladungsröhre im Lampenbetrieb auftretende (mechanische) Spannung (stress) vergleichmäßigt, so daß eine Deformation des Quarzglasabschnitts der Entladungsröhre unter ihrem Innendruck verringert wird. Ein Bruch der Entladungsröhre und eine Verschlechterung der Lampencharakteristika werden somit wirksam verhindert oder vermieden.
Weiterhin ist oder wird gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung der Abstand zwischen dem Endabschnitt eines in einen Quetschverschmelzungsabschnitt der einseitigen Entladungsröhre eingedichteten Metallfolienleiters und der Innenfläche der Entladungsröhre in Abhängigkeit von der Menge des eingedichteten Quecksilbers begrenzt. Die einseitige Entladungsröhre kann am Endabschnitt des Metallfolienleiters (leicht) brechen. Durch Begrenzung des Abstands zwischen dem Endabschnitt des Metallfolienleiters und der Innenfläche der Entladungsröhre ist letztere jedoch sicher vor einem Bruch geschützt.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig 1 eine Längsschnittansicht einer Lampe gemäß dieser Erfindung,
Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Entladungsröhre der Lampe, von einer Querseite der Lampe nach Fig. 1 her gesehen,
Fig 3 eine Längsschnittansicht der Entladungsröhre der Lampe nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 3 und
Fig. 5 eine Längsschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Entladungsröhre einer Lampe, bei welcher die Form eines Metallfolienleiters abgewandelt ist.
Die Ausführungsformen dieser Erfindung sind nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
Die Fig. 1 bis 4 veranschaulichen eine erste Ausführungsform einer Lampe gemäß dieser Erfindung. Bei der Lampe handelt es sich um eine 150 W-Metallhalogenidlampe (bzw. -Halogenlampe) mit einer kleinen Entladungsröhre eines einseitigen (einseitig gequetschten) Typs. Zur Erhöhung des Leuchtwirkungsgrads bzw. der Lichtausbeute der Lampe ist oder wird die Lampenlast, d.h. das Verhältnis der Lampeneingangsleistung zur Oberfläche des Entladungsraums, auf einen hohen Wert, speziell auf 20 bis 70 W/cm² eingestellt.
Der allgemeine Aufbau der Lampe ist nachstehend erläutert. Die Lampe weist einen aus Quarzglas bestehenden äußeren Kolben 1 auf, dessen Inneres nahezu (vollkommen) evakuiert ist. Am einen Ende des Kolbens 1 ist ein Quetschverschmelzungsabschnitt 2 geformt.
Im Kolben 1 ist eine aus Quarzglas bestehende Entladungsröhre 3 eines einseitigen Typs untergebracht. Die Entladungsröhre 3 weist einen Kolbenabschnitt 4 und einen Quetschverschmelzungsabschnitt 5 auf. Innerhalb der Entladungsröhre 3 sind zwei einander zugewandte Elektroden 6a und 6b vorgesehen, an deren Spitzen- bzw. Vorderenden gewendelte Entladungsabschnitte 7 befestigt sind.
Die Elektroden 6a und 6b sind mit den inneren Zuleitungen 9 mittels Metallfolienleitern 8 verbunden, die aus Molybdän o.dgl. bestehen und in den Quetschverschmelzungsabschnitt 5 der Entladungsröhre 3 eingedichtet sind. Die inneren Zuleitungen 9 sind mit äußeren Zuleitungen 11 über Metallfolienleiter 10 verbunden, die aus Molybdän o.dgl. bestehen und in den Quetschverschmelzungsabschnitt 2 des Kolbens 1 eingedichtet sind.
Der Kolben 1 enthält eine Getteranordnung 16, die eine Grundplatte 17 aus Aluminium o.dgl. und ein an der Grundplatte 17 befestigtes Getter 18 aus einer Zr-Al-Legierung umfaßt. Die Getteranordnung 16 ist mit einer der inneren Zuleitungen 9 über eine Stützleitung 15 verbunden.
Im folgenden ist die Ausgestaltung der Entladungsröhre 3 erläutert. Die Entladungsröhre 3 besitzt ein Innenvolumen von praktisch 0,5 cm³, und die Oberfläche des Entladungsraums in ihrem Inneren beträgt praktisch 3,5 cm². In die Entladungsröhre 3 sind eine vorbestimmte Menge an Quecksilber, Halogenidverbindung von Natrium, Tallium, Indium o.dgl. und ein Starter- Edelgas eingedichtet. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Menge des eingedichteten Quecksilbers 2,8 mg/cm³; die eingedichtete Metallhalogenidverbindung besteht aus SnI&sub2;, NaI, TlI, InI, NaBr, LiBr o.dgl.
Bei dieser Lampe betragen die Lampenspannung zum Zeitpunkt des normalen Lampenbetriebs 95 V, der Lampenstrom 18 A und die Lampeneingangsleistung 150 W. Die Lampenlast im Lampenbetrieb (bei leuchtender Lampe), d.h. die Eingangsleistung pro Oberflächeneinheit des Entladungsraums, ist auf 43 W/cm² eingestellt, was etwa doppelt so hoch ist wie bei der herkömmlichen Lampe dieser Art. Der in der Entladungsröhre 3 im Lampenbetrieb herrschende Druck ist ein hoher Druck von etwa 20 kg/cm².
Es sei angenommen, daß bei dieser Erfindung die Lampeneingangsleistung mit Wi (Watt), das Innenvolumen des Entladungsraums mit V (cm³) die Menge an eingedichtetem bzw. eingeschlossenem Quecksilber mit P (mg), die Oberfläche des Entladungsraums mit S (cm²), die größte Dicke der Wand des Kolbenabschnitts 4 der Entladungsröhre 3 mit Dmax (mm) und ihre kleinste Dicke mit Dmin (mm) bezeichnet sind; die Lampenlast Wi/S liegt dabei in dem folgenden, eine hohe Größe zeigenden Bereich:
20 ≤ Wi/S ≤ 70 (W/cm²)
Die Menge an eingedichtetem Quecksilber pro Einheit des Entladungsraums P/V besitzt die folgende hohe Größe:
P/V ≥ 15 (mg/cm³)
Durch Einstellen der Lampenlast und der Menge an eingedichtetem Quecksilber auf hohe Größen, wie oben angegeben, können die Größe oder der Wert einer praktisch ausreichenden Lichtausbeute erzielt und der Abstand zwischen den Elektroden zur Miniaturisierung der Lampe klein gehalten werden.
Zur Verhinderung eines Bruchs der Entladungsröhre 3 sowie einer Verschlechterung der Lampencharakteristika werden oder sind Dmin, Dmax und Dmin/Dmax wie folgt gewählt:
Dmin ≥ 1,5 (mm)
Dmax ≤ 3,0 (mm)
Dmin/Dmax ≥ 0,65
Durch die Einstellung der Wanddicken des Kolbenabschnitts 4 der Entladungsröhre 3 innerhalb der oben angegebenen Bereiche können Deformation und Bruch der Entladungsröhre 3 sowie eine Verschlechterung oder Beeinträchtigung der Lampencharakteristika vermieden werden.
Mit anderen Worten: ein Bruch der Enladungsröhre 3 unter dem in ihr herrschenden Innendruck wird durch Einstellung der kleinsten Wanddicke Dmin des Kolbenabschnitts 4 der Entladungsröhre 3 auf mindestens 1,5 mm sicher vermieden.
Falls jedoch die größte Wanddicke Dmax des Kolbenabschnitts 4 der Entladungsröhre 3 zu groß ist, werden die Lampencharakteristika instabil. Ein Teil der Strahlung von dem in der Entladungsröhre 3 erzeugten Lichtbogen wird durch den Kolbenabschnitt 4 absorbiert, wobei auch die Wärme durch die Konvektion des Gases in der Entladungsröhre 3 zum Kolbenabschnitt 4 übertragen bzw. abgeführt wird. Die zum Kolbenabschnitt 4 übertragene oder abgeführte Wärme wird vom Kolbenabschnitt 4 abgestrahlt. Die zum Kolbenabschnitt 4 übertragene und von ihm abgestrahlte Wärmemenge ändert sich in Abhängigkeit von der Wärmekapazität des Kolbenabschnitts 4.
Wenn die Wanddicke, d.h. die Wärmekapazität des Kolbenabschnitts 4 zu groß ist, kann demzufolge die Temperatur des kältesten Teils des Kolbenabschnitts 4 nicht in einem bevorzugten Bereich gehalten werden, wodurch die Lampencharakteristika vermindert bzw. beeinträchtigt werden. Dieser Nachteil tritt jedoch nicht auf, wenn die größte Wanddicke Dmax des Kolbenabschnitts 4 auf die innerhalb des oben angegebenen Bereichs liegende Größe begrenzt ist oder wird.
Durch die Einstellung des Verhältnisses Dmin/Dmax der kleinsten Wanddicke zur größten Wanddicke auf die im oben angegebenen Bereich liegende Größe werden stabile Lampencharakteristika gewährleistet. Letztere ändern sich im Lampenbetrieb in Abhängigkeit vom Druck des Metalldampfes in der Entladungsröhre, und der Druck des Metalldampfes variiert in Abhängigkeit von der Temperatur des kältesten oder kühlsten Bereichs der Entladungsröhre 3. Im allgemeinen tritt der kühlste Bereich im Bereich A unterhalb des Lichtbogens auf. Abhängig von der Stellung oder Lage der Lampe im Lampenbetrieb befindet sich ein Teil des Kolbenabschnitts 4 unterhalb des Lichtbogens. Wenn die Wanddicke des Kolbenabschnittes 4 stark variiert, variiert auch die Temperatur des kühlsten Teils in großem Maße, so daß sich die Lampencharakteristika stark verändern. Wenn dagegen das Dickenverhältnis Dmin/Dmax so gewählt ist, daß es innerhalb des oben angegebenen Bereichs liegt, tritt in jeder beliebigen Stellung bzw. Lage der Lampe eine (nur) sehr kleine Temperaturänderung am kühlsten Teil auf, wodurch die Lampencharakteristika stabilisiert werden.
Durch Einstellung von Dmin/Dmax auf die Größe innerhalb des oben angegebenen Bereichs kann die Entladungsröhre 3 einen hohen Innendruck aushalten.
Die Entladungsröhre 3 vermag zwar einen hohen Innendruck auszuhalten, doch kann sie einem (noch) höheren Innendruck widerstehen, wenn die Variation der Wanddicke, d.h. Dmin/Dmax auf die Größe innerhalb des oben angegebenen Bereichs begrenzt ist bzw. wird.
Die Bedingungen für die Wanddickenbegrenzung des Kolbenabschnitts 4 wurden mittels einer Prüfung oder Untersuchung zahlreicher, auf einer Versuchsbasis hergestellter Entladungsröhren ermittelt.
Die Wanddicke des Kolbenabschnittes 4 der Entladungsröhre 3 kann durch Änderung des Herstellungsverfahrens für die Entladungsröhre 3 gesteuert bzw. kontrolliert werden. Die Entladungsröhre ist in folgenden Stufen oder Schritten hergestellt worden: Zunächst wird eine Röhre einer vorbestimmten Länge von einem langen Rohr aus Quarzglas abgeschnitten. Ein Endabschnitt der Röhre wird mittels Wärme erweicht, in eine Form eingesetzt und auf eine im wesentlichen halbkugelige Konfiguration verformt, um einen Kopfabschnitt der Entladungsröhre zu bilden.
In manchen Fällen ist ein Teil der Quarzglasröhre gedehnt, so daß im Bereich des Kopfabschnitts ein dünner Abschnitt gebildet ist. Zur Vermeidung dieses Nachteils wird bevorzugt, daß der eine Endabschnitt der Röhre unter ihrem Eigengewicht oder mittels der Form o.dgl. in seiner Axialrichtung zusammengedrückt wird, nachdem das eine Ende der Röhre mittels Wärme erweicht worden ist, so daß die Wanddicke des Abschnitts in der Nähe des einen Endabschnitts im voraus dick ausgebildet wird, worauf der eine Endabschnitt im wesentlichen halbkugelförmig umgeformt wird. Bei der nach diesem Verfahren hergestellten Entladungsröhre 3 ist die Wanddicke des Kolbens 4 genau kontrolliert, so daß sie innerhalb des oben angegebenen Bereichs liegt.
Ein Bruch der Lampe gemäß dieser Ausführungsform wird auch durch ein anderes Merkmal verhindert.
Als Ergebnis der Tests an den auf der Versuchsbasis hergestellten Lampen wurde gefunden, daß die meisten Brüche in den oberen Abschnitten oder Bereichen der Metallfolienleiter 8 auftraten, d.h. in den Bereichen in der Nähe der Querseitenabschnitte des Kolbenabschnitts 4. Diese Abschnitte oder Bereiche liegen dicht am Lichtbogen, so daß sie aufgrund der Wärmeausdehnungsdifferenz zwischen dem Quarzglas des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 und der Metallfolienleiter hoher Temperatur und hoher Spannung bzw. Beanspruchung ausgesetzt sind. Da bei der Herstellung des Abschnitts 5 zwischen den paarigen Formteilen in der Nähe des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 eine Rilleneindrückung 18 bzw. 19 geformt wird, ist die (mechanische) Spannung auf den Bereich in der Nähe des Bodenabschnitts der Eindrückung 19 konzentriert. Diese Ursachen führen in Zusammenwirkung miteinander zu einem häufigen Bruch des betreffenden Abschnitts. Tabelle 1 Eingesiegelte Quecksilber menge pro Volumeneinheit M (mg/cm³) Mindestabstand zwischen Entladungsröhren-Innenwand und Metallfolie K (mm) Auftreten von Bruch Bewertung ja nein nicht gut gut Fortsetzung Tabelle 1 Eingesiegelte Quecksilber menge pro Volumeneinheit M (mg/cm³) Mindestabstand zwischen Entladungsröhren-Innenwand und Metallfolie K (mm) Auftreten von Bruch Bewertung nein gut
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zahlreiche Lampen hergestellt, die verschiedene Formen und Größen der Quetschverschmelzungsabschnitte 5 und der Metallfolienleiter 8 sowie unterschiedliche Bedingungen aufwiesen; diese Lampen wurden 3000 h lang im (Leucht-)Betrieb gehalten, um festzustellen, ob ein Bruch der Lampen auftritt oder nicht. Beispiele der Testergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
Anhand einer Analyse der Testergebnisse wurde gefunden, daß das Auftreten von Brüchen im betreffenden Abschnitt oder Bereich vom Verhältnis L/M des kleinsten Abstands L zwischen dem Endabschnitt des Metallfolienleiters 8 und der Innenfläche der Entladungsröhre 3 zu der pro Volumeneinheit M eingedichteten Quecksilbermenge (= P/V) abhängt. Wenn die Bedingung
L/M ≥ 1,8 x 10&supmin;² (mm cm³/mg)
erfüllt ist, zeigte es sich, daß ein Bruch des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 sicher verhindert oder vermieden werden kann.
Ein zu großer Wert von L/M bedingt jedoch einen anderen Nachteil. Der große Wert von L/M hat zur Folge, daß die in den Quetschverschmelzungsabschnitt 5 eingebetteten Schäfte 21 der Elektroden 6a und 6b lang sind. Zwischen dem Außenumfang des Elektrodenschafts 21 und dem diesen umgebenden Quarzglas bildet sich ein kleiner Spalt aufgrund der Differenz zwischen den (jeweiligen) Wärmeausdehnungskoeffizienten. Ein Teil des eingedichteten Materials dringt in den Spalt ein. Da das eingedrungene, eingedichtete Material auch im Lampenbetrieb (bei leuchtender Lampe) nicht verdampft, wird oder ist der Dampfdruck des eingedichteten Materials im Lampenbetrieb in dem Maße entsprechend der Menge des eingedrungenden, eingedichteten Materials herabgesetzt. Die Menge des in den Spalt eingedrungenen eingedichteten Materials variiert von Erzeugnis zu Erzeugnis, so daß es schwierig ist, die Eindringmenge genau zu kontrollieren. Je länger der Elektrodenschaft 21 ist, um so stärker variiert daher der Dampfdruck des eingedichteten Materials im Lampenbetrieb. Eine große Variation bzw. Änderung des Dampfdrucks des eingedichteten Materials im Lampenbetrieb führt zu einer großen Veränderung der Lampencharakteristika und der Farbwiedergabeeigenschaft.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Nachteile praktisch vermieden werden, wenn die Bedingung
L/M ≤ 6,5 x 10&supmin;¹ (mm cm³/mg)
erfüllt ist.
Wenn der Wert von L/M erhöht ist oder wird, wird die Größe des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 ungünstig beeinflußt (adversely enhanced). Zur Begrenzung des Werts von L/M auf die Größe innerhalb des oben angegebenen Bereichs und zur Verkleinerung der Größe des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 ist es daher zweckmäßig, den Endabschnitt eines jeden Metallfolienleiters 8' bei einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 5 in Anpassung an die Form der Innenfläche des Kolbenabschnitts 4 auszubilden.
Die Lampe gemäß der zweiten Ausführungsform bietet ein anderes Merkmal zur Verhinderung einer Verschlechterung oder Beeinträchtigung der Innenfläche des Kolbenabschnitts 4.
Wie im Fall der ersten Ausführungsform ist im Kolben 1 eine Getteranordnung 16 zum Absorbieren von Gas zwecks Aufrechterhaltung eines Vakuumzustands im Kolben vorgesehen. Wenn in der Strahlung vom Lichtbogen enthaltene Ultraviolettstrahlen auf die Getteranordnung 16 fallen, werden aufgrund des photoelektrischen Effekts von der Getteranordnung 16 Elektronen emittiert. Die emittierten Elektronen ziehen die eingedichteten oder eingesiegelten Metallatome in der Entladungsröhre 3 an, wobei die Metallatome die Wand des Kolbenabschnitts 4 der Entladungsröhre 3 zur Außenatmosphäre hin passieren. Genauer gesagt: Natrium besitzt einen kleineren Atomradius als die anderen eingedichteten Metalle, so daß es das Quarzglas des Kolbenabschnitts 4 leichter zu passieren vermag. Infolgedessen kann Natrium leicht aus dem Inneren der Entladungsröhre 3 verlorengehen bzw. entweichen.
Im Hinblick darauf wird die Getteranordnung 16 bevorzugt an der Stelle angeordnet, an welcher sie möglichst wenig Ultraviolettstrahlen ausgesetzt ist. Um eine vorbestimmte Operation durchzuführen, muß das Getter auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden. Demzufolge muß die Getteranordnung an einer Stelle positioniert sein, an welcher ihre Temperatur auf einer vorbestimmten Größe gehalten werden kann. Es ist jedoch nicht zweckmäßig, daß durch die Änderung der Position der Getteranordnung 16 eine Vergrößerung des äußeren Kolbens 1 herbeigeführt wird.
Diese (obigen) Bedingungen werden durch genaue Begrenzung der Position bzw. Lage der Getteranordnung 16 gewährleistet. Es sei angenommen, daß der Außendurchmesser des Kolbenabschnitts 4 der Entladungsröhre 3 mit D&sub1;, die Dicke des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 mit D&sub2;, der kleinste Abstand zwischen der Getteranordnung 16 und dem Kolbenabschnitt 4 mit K, der Winkel, der durch die Querseite des Quetschverschmelzungsabschnitts 4 und eine Ebene R mit einer die Entladungsabschnitte 7 an den Spitzen der paarigen Elektroden 6a und 6b (16), dem Kolbenabschnitt 4 am nächsten gelegen, verbindenden geraden Linie festgelegt ist, mit θ und die Höhe des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 mit H bezeichnet sind; die Getteranordnung 16 kann (dann) entsprechend den folgenden Ausdrücken bzw. Formeln, um den oben angegebenen Bedingungen zu genügen, angeordnet sein oder werden:
tan θ ≤ D&sub2;/D&sub1;
K ≥ H/2cos θ
Nach wiederholter Streuung und Totalreflexion an der Querseite des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 wird der Anteil der Ultraviolettstrahlen, der an der oberen End- oder Stirnfläche des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 emittiert wird, von der Unterseite des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 abgestrahlt. Ein kleiner Teil der Ultraviolettstrahlen wird am Abschnitt oder Bereich des Quetschverschmelzungsabschnitts 5 emittiert, gegenüber dem der Lichtbogen abgeschattet ist, d.h. im Bereich unter der Ebene R.
Wenn somit die Bedingung tan θ ≤ D&sub2; erfüllt ist, ist die Getteranordnung 16 hinter der Queschverschmelzung 5 angeordnet, so daß die Menge der abgestrahlten Ultraviolettstrahlen reduziert ist. Die Temperatur des Getters 18 der Getteranordnung 16 muß im Lampenbetrieb (bei leuchtender Lampe) auf einer vorbestimmten Größe gehalten werden. Diesbezüglich muß die Getteranordnung 16 in einem gewissen Ausmaß nahe an der Entladungsröhre 3 angeordnet sein.
Weiterhin wird bevorzugt, daß die Getteranordnung 16 nahe an der Entladungsröhre 3 angeordnet ist, um den äußeren Kolben 1 klein zu halten. Wenn andererseits der kleinste Abstand K zwischen der Getteranordnung 16 und dem Ventil (der Quetschverschmelzung) 5 zu klein ist, wird ein großer Anteil an Ultraviolettstrahlen abgestrahlt. Zur Ermittlung einer zweckmäßigen Bedingung für den kleinsten Abstand K wurden auf einer Versuchsbasis 100 Lampen hergestellt, die unterschiedliche Längen zwischen den Getteranordnungen 4 (bzw. 16) und den Kolbenabschnitten 4 aufwiesen; anhand anderer, unterschiedlicher Faktoren wurde untersucht, ob in 3000 h Natrium aus den Lampen entwich. Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Anhand dieser Ergebnisse wurde festgestellt, daß dann, wenn die Bedingung
K ≥ H/2cos θ
erfüllt ist, eine kleine Menge bzw. ein kleiner Anteil an Ulraviolettstrahlen von der Getteranordnung emittiert wird und Natrium nicht aus den Lampen entweicht. Tabelle 2 Entweichen von Natrium ja nein
Wenn ferner die Getteranordnung 16 zu weit vom Kolben 4 entfernt oder getrennt oder die Größe von K zu groß ist, kann die Temperatur des Getters 18 nicht auf dem vorbestimmten Betriebswert gehalten werden, und der Kolben 1 wird groß. Demzufolge wird bevorzugt, daß folgendes gilt:
K ≤ H
Bei der Lampe, bei der die Getteranordnung 16, wie bei den Ausführungsformen der Erfindung, mittels der Stützleitung 15 mit einer der inneren Zuleitungen 9 verbunden ist, können aufgrund der Potentialdifferenz zwischen der anderen inneren Zuleitung 9 und dem betreffenden Metallfolienleiter 8 leicht elektrolytische Risse im Quetschverschmelzungsabschnitt 5 auftreten. Zur Verhinderung von elektrolytischen Rissen sollte bevorzugt der Abstand zwischen der Getteranordnung 16 und dem anderen Metallfolienleiter 8 mindestens 3 mm betragen.
Einige äußere Kolben 1 enthalten andere Metallelemente als die Getteranordnungen, beispielsweise Starter usw.; diese Elemente besitzen oder erzeugen durch Empfang von Ultraviolettstrahlen einen photoelektrischen Effekt. Diese Elemente werden in der Entladungsröhre auf ähnliche Weise wie die Getteranordnung angeordnet.
Die Lampe gemäß dieser Ausführungsform bietet ein weiteres Merkmal zur Miniaturisierung der Entladungsröhre 3 und zur Verhinderung eines Bruchs derselben.
Je größer der Abstand zwischen den paarigen Elektroden 6a und 6b ist, um so höher ist die Lampenspannung. Dies bedeutet, daß der Abstand zwischen den Entladungsabschnitten 7 in gewissem Maße groß ausgeführt sein muß, um eine vorbestimmte hohe Lampenspannung zu erzielen. Wenn jedoch der Abstand zwischen den Entladungsabschnitten 7 vergrößert ist oder wird, wird die Entladungsröhre 3 groß. Insbesondere wird bei der einseitigen Entladungsröhre der Abstand zwischen den Entladungsabschnitten zunehmend verkürzt, weil die Spitzenabschnitte der Elektrodenschäfte 21 gegeneinander gebogen sind, um die Entladung zwischen den Elektroden 6a und 6b der Elektrodenschäfte 21 zu verhindern.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die Elektroden 6a und 6b in einem über gleiche vorbestimmte Winkel in entgegengesetzten Richtungen um ihre Elektrodenschäfte 21 verdrehten Zustand angeordnet.
Bei dieser Ausgestaltung sind die Entladungsabschnitte 71 welche die Spitzenabschnitte der Elektroden 6a und 6b bilden oder daran geformt sind, über den Winkel α in entgegengesetzten Richtungen in bezug auf eine gerade Linie O-O des Kolbenabschnitts 4 versetzt, welche Linie die Halsteile der Elektroden 6a und 6b verbindet und in einer die Elektrodenschäfte 21 enthaltenden Ebene eingeschlossen oder enthalten ist. Bei dieser Anordnung ist ein großer Abstand zwischen den Entladungsabschnitten 7 erforderlich. In diesem Fall sind die betreffenden Enden der gewendelten Entladungsabschnitte einander nicht zugewandt; wenn jedoch die Winkel α nicht so groß sind, hat diese Nichtübereinstimmung eine geringe Auswirkung auf die Entladungseigenschaft.
Die kleine Entladungsröhre gemäß dieser Ausführungsform bietet das weitere Merkmal der Ausschaltung einer ungewöhnlichen oder anomalen (extraordinary) Entladung.
Bei der beschriebenen kleinen Entladungsröhre ist es schwierig, den Abstand zwischen den paarigen Elektroden 6a und 6b herzustellen oder einzuhalten; eine große Lampenlast hat einen starken Verschleiß der Entladungsabschnitte 7 zur Folge. Am Ende der Betriebslebensdauer werden die Entladungsabschnitte 7 zerstreut, wobei eine Entladung zwischen den Elektroden 21 auftritt. Wenn diese ungewöhnliche oder anomale Entladung auftritt, verlagert sich der Lichtbogen zwischen den Elektrodenschäften 21 abwärts in Annäherung an den Quetschverschmelzungsabschnitt 5 der Entladungsröhre 3 heran. Der Quetschverschmelzungsabschnitt 5 wird auf eine hohe Temperatur erwärmt, so daß demzufolge ein Bruch der Entladungsröhre 3 wahrscheinlich ist.
Um bei dieser Ausführungsform die Entladungsröhre vor diesem Nachteil zu schützen, weist jeder Entladungsabschnitt 7 eine Wendel auf, die einen Durchmesser von z.B. praktisch 0,5 mm besitzt und aus einem Material eines hohen Schmelzpunkts besteht, beispielweise aus Wolfram oder thoriertem Wolfram, bestehend aus im wesentlichen 98 % Wolfram und im wesentlichen 2 % Thorium, wobei jeder Elektrodenschaft 7 (bzw. 21) einen einen Durchmesser von beispielsweise 0,5 mm besitzenden Draht umfaßt, der aus einem Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das Material des Entladungsabschnitts 7, etwa einer Rhenium-Wolfram-Legierung, besteht.
An den dem Quetschverschmelzungsabschnitt 5 nahegelegenen Abschnitten der Elektrodenschäfte 7 (bzw. 21) sind Entladungssperrelemente 31 befestigt, von denen jedes die Form eines kurzen Rohrs, einer Scheibe o.dgl. aufweist und aus einem entladungsfreien Werkstoff, wie Quarzglas oder Keramik, besteht.
Wenn die Entladungsabschnitte 7 evtl. zerstreut (scattered) werden und eine ungewöhnliche bzw. anomale Entladung zwischen den Elektrodenschäften (21) bzw. -abschnitten 7 auftritt, werden die aus einem Werkstoff eines niedrigen Schmelzpunkts bestehenden Elektrodenschäfte 21 geschmolzen oder deformiert, so daß ihre Spitzenabschnitte unter Beendigung der Entladung eine entladungsfreie Form, etwa eine sphärische Form, annehmen. Auch wenn die ungewöhnliche bzw. anomale Entladung nach dem Schmelzen oder Deformieren der Elektrodenschäfte 21 und nach der Abwärtsverlagerung des Lichtbogens nicht gestoppt wird, wird die Entladung an den Entladungssperrabschnitten (bzw. -elementen) 21 (bzw. 31) sicher gestoppt bzw. beendet, so daß damit ein Bruch der Entladungsröhre 3 vermieden wird.
Ein Teil eines jeden Elektrodenschafts 21 kann dünn ausgebildet sein, so daß der Elektrodenschaft 21 an diesem Teil leicht (an)geschmolzen oder deformiert werden kann.

Claims

1. Metalldampfentladungslampe mit einer kleinen (Gas-) Entladungsröhre, umfassend:

einen äußeren Kolben (1),

eine Entladungsröhre (3) des einseitigen Typs, die aus Quarzglas hergestellt und im äußeren Kolben (1) untergebracht ist, wobei die Entladungsröhre (3) einen darin einen Entladungsraum festlegenden Kolbenabschnitt (4) und einen einseitigen Quetschverschmelzungsabschnitt (5) aufweist, sowie

zwei in den Entladungsraum hineinragende Elektroden (6a, 6b),

dadurch gekennzeichnet, daß

20 ≤ Wi/S ≤ 70 (W/cm²)

P/V ≥ 15 (mg/cm³)

Dmin ≥ 1,5 (mm)

Dmax ≤ 3,0 (mm)

Dmin/Dmax ≥ 0,65

gilt, wobei bedeuten: Wi = Lampen-Eingangsleistung der Entladungsröhre (3); V = Volumen des Entladungsraums; S = Oberfläche des Entladungsraums; P = Menge des im Entladungsraum eingedichteten Quecksilbers; Dmax = größte Dicke der Wand des Kolbenabschnitts (4); und Dmin = kleinste Dicke der Wand des Kolbenabschnitts (4).

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Quetschverschmelzungsabschnitt (5) zwei Metallfolienleiter (8) eingebettet sind und

L/M ≥ 1,8 x 10&supmin;² (mm cm³/mg)

gilt, wobei bedeuten: L = kleinster Abstand zwischen den Metallfolienleitern (8) und der Innenfläche des Kolbenabschnitts (4); und M = P/V.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Kolben (1) ein eingebautes Element (16) mit photoelektrischen Effekten (bzw. Photoeffekt) aufweist und

tan θ ≤ D&sub2;/D&sub1;

K ≥ H/2cos θ

gilt, wobei bedeuten: D&sub1; = Außendurchmesser des Kolbenabschnitts (4); D&sub2; = Dicke des Quetschverschmelzungsabschnitts (5); H = Höhe des Quetschverschmelzungsabschnitts (5); θ = der zwischen der seitlichen Fläche des Quetschverschmelzungsabschnitts (5) und einer Ebene mit einer geraden Linie, welche die Spitzen der Elektroden und einen Abschnitt des eingebauten Elements (16), welcher dem Kolbenabschnitt (4) am nächsten liegt, verbindet, festgelegte Winkel; und K = eine Strecke zwischen dem genannten Abschnitt des eingebauten Elements (16) und dem Kolbenabschnitt (4).

4. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden (6a, 6b) einen Elektrodenschaft (21) mit einem abgebogenen Spitzenabschnitt und einen am Spitzenabschnitt des Elektrodenschafts (21) geformten Entladungsabschnitt (7) aufweist.

5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenschäfte (21) parallel zueinander angeordnet sind und die Entladungsabschnitte (7) in einem Zustand angeordnet sind, in welchem sie in bezug auf eine die Elektrodenschäfte (21) einschließende Ebene über einen vorbestimmten Winkel (α) in die entgegengesetzten Richtungen gedreht sind.

6. Lampe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsabschnitt (7) aus einem Werkstoff eines hohen Schmelzpunkts hergestellt ist und der Elektrodenschaft (21) aus einem Werkstoff mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als der Schmelzpunkt des Werkstoffs des Entladungsabschnitts (7), hergestellt ist.

7. Lampe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entladungssperrelement (31) zwischen dem Entladungsabschnitt (7) und dem Verschmelzungsabschnitt (5) am Elektrodenschaft (21) vorgesehen ist.