EP0230051B1 - Hochdruckentladungslampe und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

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EP0230051B1
EP0230051B1 EP86118071A EP86118071A EP0230051B1 EP 0230051 B1 EP0230051 B1 EP 0230051B1 EP 86118071 A EP86118071 A EP 86118071A EP 86118071 A EP86118071 A EP 86118071A EP 0230051 B1 EP0230051 B1 EP 0230051B1
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EP
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cap
lamp vessel
lamp
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pressure discharge
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EP86118071A
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EP0230051A1 (de
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Werner Eisele
Jürgen Dr. Heider
Erhard Rasch
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/24—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases
    • H01J9/245—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps
    • H01J9/247—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps specially adapted for gas-discharge lamps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr
    • H01J61/827—Metal halide arc lamps

Definitions

  • the invention is based on a single-ended high-pressure discharge lamp with a lamp vessel from which two current leads are led out at one end, this end of the lamp vessel being fitted into a receptacle in the base, and the current leads being connected to connections on the base.
  • JP-A 60 124 346 a metal vapor discharge lamp is known, the outer bulb of which is sealed with a plate foot melt, a flashover between the two current leads in the hollow plate tube being prevented by the plate tube being filled with an insulating material.
  • the object of the invention is to prevent flashovers in the base area in the case of discharge lamps with a base on one side.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that reliable hot re-ignition of compact high-pressure discharge lamps with a base on one side is made possible with a short distance between the power supplies.
  • the intermediate layer according to the invention not only prevents a breakdown in air between the two power supply lines, but at the same time also prevents sliding spark discharge along the base-side end of the lamp vessel.
  • a particularly suitable material for the intermediate layer is in particular fibrous web, e.g. Quartz wool, glass wool or ceramic fibers, since the loose structure of the material with its interwoven fibers extends the discharge path between the power supply lines in the entire base area and, at the same time, due to its compressibility, ensures an exact adaptation to the base-side end of the lamp vessel, although this end is shaped irregularly by the squeezing process is. Fiber webs also resist the high operating temperatures in the base area, the volume change in the base area associated with the temperature increase also not impairing the exact adjustment of the intermediate layer due to the elastic properties of the fiber web. In particular, a fiber web made of ceramic fibers offers processing advantages combined with high dielectric strength.
  • fibrous web e.g. Quartz wool, glass wool or ceramic fibers
  • the figure shows a schematic representation of a preferred embodiment of a high-pressure discharge lamp according to the invention.
  • a compact metal halide high-pressure discharge lamp 1 of low power (35-150 W) is shown with an overall length of approx. 85 mm and a largest outside diameter of approx. 30 mm.
  • a discharge vessel 2 squeezed on one side contains, in addition to a filling of mercury and additions of metal halides and noble gas, two electrodes 3, 4, the shafts 5, 6 of which are made of films are melted into the pinch in a vacuum-tight manner.
  • the discharge vessel 2 is held in an evacuated outer bulb 9, which is squeezed on one side, by inner power supply wires 7, 8.
  • Both the discharge vessel 2 and the outer bulb 9 forming the actual lamp vessel in this preferred embodiment are made of quartz glass.
  • outer power supply lines 11, 12 are melted in a vacuum-tight manner by means of foils.
  • the inner power supply wires 7, 8 establish the electrical connection between the electrode shafts 5, 6 of the discharge vessel and the outer power supplies 11, 12 each via the foils.
  • the distance between the outer power supply lines 11, 12 is 12 mm.
  • the outer bulb 9 is fitted at the end 10, at which the pinch is located, into the receptacle 13 of a base 14 made of plastic.
  • the receptacle 13 is limited by the floor 15.
  • the outer power supply lines 11, 12 are soldered to connections 16, 17 on the underside of the base.
  • Ceramic fleece 19 Between the bottom 15 and the end 10 of the outer bulb 9 there is an intermediate layer 18 of a fiber web made of ceramic fibers, hereinafter referred to as ceramic fleece 19; it fills the entire space between the bottom 15 and the end 10 of the outer bulb.
  • a mat-like ceramic fleece 19 of the size 6 mm ⁇ 20 mm corresponding to the dimensions of the base 15 is first punched out of a larger piece of fiber pile with a layer thickness of approximately 3 mm and inserted into the receptacle 13 of the base 14.
  • a base device now fits the base 14 into the centered lamp vessel 9 attached above it.
  • the loose structure of the ceramic fleece 19 does not make it necessary to punch out special bores for external power supply lines 11, 12.
  • a spring regulates the contact pressure of the base 14 on the lamp vessel 9. This spring is dimensioned such that a resulting force of a maximum of about 15 N is guaranteed.
  • the layer thickness of the ceramic fleece 19 is reduced to 1.1 mm, which results in a dielectric strength of 26 kV.
  • the ignition voltages for the hot re-ignition of compact metal halide lamps in the preferred embodiment are about 15-20 kV, in the worst case a fleece thickness dr reduced to 2.4 mm due to the lamp vessel tolerances is the occurrence of Breakthroughs avoided.
  • the ceramic fleece 19 avoids flashovers in air between the outer power supply lines 11, 12.
  • the base 14 presses against the irregularly shaped end 10 of the outer bulb 9, particularly against it the squeeze groove that often forms between the power supply lines during the squeezing process.
  • sliding spark discharges which preferably occur in the pinch groove, are prevented at the same time.
  • the elasticity is also important because of the problem of material expansion due to the high operating temperature.
  • Ceramic paper could not meet these requirements by far.
  • the invention is also suitable for other embodiments of the high-pressure discharge lamp.
  • the ignition properties of metal halide lamps without an outer bulb, in which the discharge vessel is directly socketed can also be improved by means of such an intermediate layer.
  • the invention is applicable on other types of high pressure discharge lamps, e.g. High pressure sodium discharge lamps, the invention is applicable.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einer einseitig gesockelten Hochdruckentladungslampe mit einem Lampengefäß, aus dem an einem Ende zwei Stromzuführungen herausgeführt sind, wobei dieses Ende des Lampengefäßes in einer Aufnahme des Sockels eingepaßt ist, und wobei die Stromzuführungen mit Anschlüssen am Sockel verbunden sind.
  • Die Anwendungsmöglichkeit von Hochdruckentladungslampen, insbesondere Metallhalogenidlampen, wurde in letzter Zeit durch kompakte Versionen mit kleiner Leistung in der Größenordnung von 100 W erweitert. Bei diesen üblicherweise einseitig gesockelten Lampen ist im allgemeinen eine Heißwiederzündung wünschenswert, was durch geeignete Zündschaltungen erreicht wird. An der Lampe liegen dabei kurzzeitig Spannungen in der Größenordnung von 20 kV an; der genaue Wert hängt von der Leistungsstufe der Lampe ab.
  • Bei diesen hohen Spannungen kommt es leicht zu Überschlägen im Sockel, da bekanntlich die Durchschlagsfestigkeit in Luft ca. 1 kV/mm beträgt, andererseits der Abstand der beiden Stromzuführungen im Sockel aufgrund der kompakten Bauweise in der Größenordnung von 10 mm liegt. Am leichtesten bilden sich derartige Überschläge als Gleitfunkenentladung zwischen den Stromzuführungen direkt am Lampengefäß aus, wo das als Dielektrikum dienende Lampengefäßmaterial die Neigung zu Überschlägen verstärkt.
  • In der US-PS 4 243 907 ist eine Halogenglühlampe beschrieben, bei der der Keramiksockel mit dem Lampengefäß in bekannter Weise mittels Sockelzement verbunden ist. Bei Glühlampen ist jedoch das Problem der Heißwiederzündung und der damit verbundenen extrem hohen Spannung (20 kV) nicht vorhanden.
  • Aus der JP-A 60 124 346 ist eine Metalldampf-Entladungslampe bekannt, deren Außenkolben mit einer Tellerfußeinschmelzung verschlossen ist, wobei ein Überschlag zwischen den beiden Stromzuführungen im hohlen Tellerrohr dadurch verhindert wird, daß das Tellerrohr mit einem isolierenden Material ausgefüllt ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einseitig gesockelten Entladungslampen Überschläge im Sockelbereich zu verhindern. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, sowohl Überschläge in Luft als auch Gleitfunkenentladungen direkt am Lampengefäß zwischen den Stromzuführungen auf einfache und kostengünstige Art zu vermeiden.
  • Diese Aufgaben werden bei einer Hochdruckentladungslampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich zwischen dem Lampengefäß und dem Sockel eine Zwischenlage befindet, die aus einem Faserflor hoher Temperatur- und Durchschlagsfestigkeit besteht, und die mindestens im Bereich zwischen den beiden Stromzuführungen sowohl am Lampengefäß dicht anliegt als auch den Raum zwischen dem Boden der Aufnahme des Sockels und dem sockelseitigen Ende des Lampengefäßes vollständig ausfüllt. Insbesondere wird als Material Keramikfasern bevorzugt. Bei der Herstellung der Hochdruckentladungslampe werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
    • - Abtrennen eines mattenartigen Teils mit bestimmter Schichtdicke von einem größeren Vorratsstück des durchschlagsfesten Faserflors
    • -Einlegen des mattenartigen Teils in die Aufnahme des Sockels
    • - Zentrieren von Lampengefäß und Sockel zueinander
    • - Gegeneinanderpressen von Lampengefäß und Sockel, wobei das als Zwischenlage dienende mattenartige Teil komprimiert, d.h. in seiner Schichtdicke reduziert wird
    • - Befestigen des Sockels am Lampengefäß
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine zuverlässige Heißwiederzündung kompakter einseitig gesockelter Hochdruckentladungslampen mit geringem Abstand der Stromzuführungen ermöglicht wird. Dabei verhindert die erfindungsgemäße Zwischenlage nicht nur einen Durchschlag in Luft zwischen den beiden Stromzuführungen, sondern gleichzeitig auch eine Gleitfunkenentladung entlang des sockelseitigen Endes des Lampengefäßes.
  • Ein besonders geeignetes Material für die Zwischenlage ist insbesondere Faserflor, z.B. Quarzwolle, Glaswolle oder Keramikfasern, da die lockere Struktur des Materials mit seinen ineinander verwobenen Fasern den Entladungsweg zwischen den Stromzuführungen im gesamten Sockelbereich verlängert und gleichzeitig infolge seiner Komprimierbarkeit eine genaue Anpassung an das sockelseitige Ende des Lampengefäßes gewährleistet, obwohl dieses Ende durch den Quetschvorgang unregelmäßig geformt ist. Faserflore widerstehen zudem den hohen Betriebstemperaturen im Sockelbereich, wobei auch die mit der Temperaturerhöhung verbundene Volumenänderung im Sockelbereich die genaue Anpassung der Zwischenlage infolge der elastischen Eigenschaften der Faserflore nicht beeinträchtigt. Insbesondere bietet ein Faserflor aus Keramikfasern bearbeitungstechnische Vorteile verbunden mit hoher Durchschlagsfestigkeit.
  • Der Einbau derartiger Zwischenlagen zwischen Sockel und Lampengefäß läßt sich denkbar einfach in den an sich bekannten Ablauf der Fertigung integrieren und erfordert praktisch keinen zusätzlichen Zeitaufwand. Dabei wird der Arbeitsgang des Gegeneinanderpressens von Lampengefäß und Sockel dazu benutzt, die Durchschlagsfestigkeit der dabei komprimierten Zwischenlage noch zu erhöhen.
  • Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
  • Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Hochdruckentladungslampe gemäß der Erfindung.
  • In der Figur ist eine kompakte Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 1 kleiner Leistung (35-150 W) gezeigt mit einer Gesamtlänge von ca. 85 mm und einem größten Außendurchmesser von ca. 30 mm. Ein einseitig gequetschtes Entladungsgefäß 2 enthält neben einer Füllung aus Quecksilber sowie Zusätzen von Metallhalogeniden und Edelgas zwei Elektroden 3, 4, deren Schäfte 5, 6 mittels Folien vakuumdicht in die Quetschung eingeschmolzen sind. Das Entladungsgefäß 2 ist durch innere Stromzuführungsdrähte 7, 8 in einem evakuierten, einseitig gequetschten Außenkolben 9 gehaltert. Sowohl das Entladungsgefäß 2 als auch der in dieser bevorzugten Ausführungsform das eigentliche Lampengefäß bildende Außenkolben 9 sind aus Quarzglas gefertigt. An dem Ende 10 des Außenkolbens 9, an dem sich die Quetschung befindet, sind äußere Stromzuführungen 11, 12 mittels Folien vakuumdicht eingeschmolzen. Die inneren Stromzuführungsdrähte 7, 8 stellen die elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenschäften 5, 6 des Entladungsgefäßes und den äußeren Stromzuführungen 11, 12 jeweils über die Folien her. Der Abstand der äußeren Stromzuführungen 11, 12 voneinander beträgt dabei 12 mm.
  • Der Außenkolben 9 ist an dem Ende 10, an dem sich die Quetschung befindet, in die Aufnahme 13 eines Sockels 14 aus Kunststoff eingepaßt. Die Aufnahme 13 wird durch den Boden 15 begrenzt. Die äußeren Stromzuführungen 11, 12 sind mit Anschlüssen 16, 17 an der Sockelunterseite verlötet.
  • Zwischen dem Boden 15 und dem Ende 10 des Außenkolbens 9 befindet sich als Zwischenlage 18 ein Faserflor aus Keramikfasern, im folgenden als Keramikvlies 19 bezeichnet; es füllt den gesamten Raum zwischen dem Boden 15 und dem Ende 10 des Außenkolbens aus.
  • Zur Herstellung der Zwischenlage 18 wird zunächst aus einem größeren Vorratsstück des Faserflors mit einer Schichtdicke von ca. 3 mm ein den Abmessungen des Bodens 15 entsprechendes mattenartiges Keramikvlies 19 der Größe 6 mm x 20 mm ausgestanzt und in die Aufnahme 13 des Sockels 14 eingesetzt. Eine Sockelungsvorrichtung paßt nun den Sockel 14 in das darüber angebrachte zentrierte Lampengefäß 9 ein. Die lockere Struktur des Keramikvlieses 19 macht es dabei nicht erforderlich, spezielle Bohrungen für äußeren Stromzuführungen 11, 12 auszustanzen. Eine Feder reguliert den Anpreßdruck des Sockels 14 auf das Lampengefäß 9. Diese Feder ist derart dimensioniert, daß eine resultierende Kraft von maximal etwa 15 N gewährleistet ist. Dabei wird die Schichtdicke des Keramikvlieses 19 bis auf 1,1 mm reduziert, wodurch sich eine Durchschlagsfestigkeit von 26 kV ergibt. Der Zusammenhang zwischen Durchschlagsfestigkeit Uo und reduzierter Vliesdicke dr als Funktion der Anpreßkraft K ist in der Tabelle dargestellt. Die Kenntnis dieses Zusammenhangs ist deshalb von Bedeutung, weil der Quetschvorgang eine unregelmäßige Form des Endes 10 des Außenkolbens bedingt. Aufgrund der dabei entstehenden unvermeidlichen Toleranzen in der Lampengefäßlänge treten bei einer gleichzeitigen Einhaltung des Einstellma- ßes Toleranzen in der reduzierten Vliesdicke in der Größenordnung von 100 % auf, entsprechend einer Vliesdicke dr von mehr als 2 mm.
    Figure imgb0001
  • Da die Zündspannungen für das Heißwiederzünden von kompakten Metallhalogenidlampen in der bevorzugten Ausführungsform je nach Lampenleistung (35-150 W) etwa 15-20 kV betragen, ist bereits im ungünstigsten Fall einer wegen der Lampengefäßtoleranzen nur auf 2,4 mm reduzierten Vliesdicke dr das Auftreten von Durchschlägen vermieden.
  • Das Keramikvlies 19 vermeidet Überschläge in Luft zwischen den äußeren Stromzuführungen 11, 12. Darüber hinaus liegt es auch aufgrund seiner lockeren Struktur und der damit verbundenen Formbarkeit und Elastizität durch das Anpressen des Sockels 14 am unregelmäßig geformten Ende 10 des Außenkolbes 9 dicht an, insbesondere an der häufig zwischen den Stromzuführungen beim Quetschvorgang sich bildenden Quetschfurche. Somit werden gleichzeitig Gleitfunkenentladungen, die bevorzugt gerade in der Quetschfurche auftreten, verhindert. Die Elastizität ist dabei zusätzlich noch wegen der infolgen der hohen Betriebstemperatur auftretenden Problematik der Materialausdehnung von Bedeutung.
  • Andere Materialien mit geringerer Formbarkeit und Elastizität, z.B. Keramikpapier, konnten diese Anforderungen bei weitem nicht so gut erfüllen.
  • Die Erfindung eignet sich auch für andere Ausführungsformen der Hochdruckentladungslampe. Insbesondere können auch die Zündeigenschaften von Metallhalogenidlampen ohne Außenkolben, bei denen das Entladungsgefäß direkt gesockelt ist, mittels einer derartigen Zwischenlage verbessert werden. Auch auf andere Arten von Hochdruckentladungslampen, z.B. Natriumhochdruckentladungslampen, ist die Erfindung anwendbar.

Claims (3)

1. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe (1) mit einem Lampengefäß (9), aus dem an einem Ende (10) zwei Stromzuführungen (11, 12) herausgeführt sind, wobei dieses Ende (10) des Lampengefäßes (9) in einer Aufnahme (13) des Sockels (14) eingepaßt ist, und wobei die Stromzuführungen (11, 12) mit Anschlüssen (16, 17) am Sockel (14) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Lampengefäß (9) und dem Sockel (14) eine Zwischenlage (18) befindet, die aus einem Faserflor (19) hoher Temperatur- und Durchschlagsfestigkeit besteht, und die mindestens im Bereich zwischen den beiden Stromzuführungen (11,12) sowohl am Lampengefäß (9) dicht anliegt als auch den Raum zwischen dem Boden (15) der Aufnahme (13) des Sockels (14) und dem sockelseitigen Ende (10) des Lampengefäßes (9) vollständig ausfüllt.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserflor (19) aus Keramikfasern besteht.
3. Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
- Abtrennen eines mattenartigen Teils mit bestimmter Schichtdicke von einem größeren Vorratsstück des durchschlagsfesten Faserflors
- Einlegen des mattenartigen Teils in die Aufnahme des Sockels
- Zentrieren von Lampengefäß und Sockel zueinander
- Gegeneinanderpressen von Lampengefäß und Sockel, wobei das als Zwischenlage dienende mattenartige Teil komprimiert, d.h. in seiner Schichtdicke reduziert wird
- Befestigen des Sockels am Lampengefäß.
EP86118071A 1986-01-15 1986-12-24 Hochdruckentladungslampe und Verfahren zu ihrer Herstellung Expired EP0230051B1 (de)

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