EP0446462A2 - Hochdruck-Entladungslampe - Google Patents

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EP0446462A2
EP0446462A2 EP90124463A EP90124463A EP0446462A2 EP 0446462 A2 EP0446462 A2 EP 0446462A2 EP 90124463 A EP90124463 A EP 90124463A EP 90124463 A EP90124463 A EP 90124463A EP 0446462 A2 EP0446462 A2 EP 0446462A2
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EP
European Patent Office
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power supply
pressure discharge
discharge lamp
lamp according
shielding wire
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Withdrawn
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EP90124463A
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Inventor
Jürgen Dr. Heider
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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
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/34—Double-wall vessels or containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/36—Seals between parts of vessels; Seals for leading-in conductors; Leading-in conductors

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure discharge lamp according to the preamble of protection claim 1.
  • GB-PS 1 233 955 discusses the problem that, in the case of high-pressure discharge lamps which have metal-containing filler additives, positive metal ions are generated in the discharge vessel during operation and can diffuse through the wall of the discharge vessel. If current-carrying parts run in the vicinity of the discharge vessel, their electrical fields greatly promote ion migration. In addition, photoelectrons are released from these electrical conductors by the UV radiation generated during the discharge, which drift towards the wall of the discharge vessel and also promote ion migration. The diffusion process leads to losses in the metal-containing additives and thus to a change in the filling composition, which manifests itself in an unstable burning behavior of the high-pressure discharge lamp.
  • This ion migration occurs in particular in high-pressure discharge lamps with a discharge vessel made of quartz glass and metal halide additives in the filling, in which metal ions with a small ion radius, such as sodium ions, are formed under discharge conditions. Diffuse during operation of the lamp, favored by external electrical fields, positively charged sodium ions through the wall of the discharge vessel, so that an excess of iodine remains in it. Due to the electronegative behavior of the excess iodine, there are also difficulties in the ignition of the high-pressure discharge lamp and an increase in the operating voltage.
  • a shielding electrode is proposed in GB-PS 1 223 955, whereby another problem arises here, namely that electrical breakdowns can occur between the shielding electrode and the current supply running parallel to it.
  • DE-OS 37 35 523 discloses a high-pressure discharge lamp with a base on one side and an outer bulb and a two-ended arrangement axially arranged therein Discharge vessel is known, the current supply leading to the base-free end of the discharge vessel has a casing made of an insulating material (eg glass). A shielding electrode is not provided here. This sheath does not shield the electrical field of this power supply from the ions in the gas discharge, so that here too the ion migration is reduced but is not prevented to the desired extent.
  • an insulating material eg glass
  • the invention has for its object to provide a high-pressure discharge lamp with reduced ion migration, which has a satisfactory ignition behavior and a sufficiently constant operating voltage over the service life.
  • the sheaths consist of an electrically insulating material, preferably with high dielectric constants, the influence of the electrical fields of the shielding wire and the second power supply, which is favorable for the ion migration, occurs in the immediate vicinity of the discharge vessel are reduced.
  • the GB-PS 1 223 955 shows a wrong way in comparison, since it tries to solve the problems described above by a combination of different effects to solve, but which lead to serious disadvantages in lamp operation.
  • the sheaths of the shielding wire and the second power supply also prevent photoelectrons from negatively charging the discharge vessel wall, on the one hand by weakening the UV radiation, which contributes significantly to the photoeffect, and on the other hand, they are impermeable to photoelectrons, so that these are finally directed back onto the electrical conductor and from be dissipated.
  • the present invention offers the particularly advantageous possibility of dispensing with a filling gas in the outer bulb, which would reduce the mean free path of the photoelectrons but would impair the thermal insulation of the discharge vessel.
  • a common sheath for the shielding wire and the second power supply allows a space-saving spatial arrangement of these parts without electrical breakdowns occurring between them.
  • this design of the sheathing ensures mechanical stabilization of the shielding wire.
  • High-pressure discharge lamps according to the invention show a more stable burning behavior and a longer service life than conventional high-pressure discharge lamps.
  • the discharge vessel can consist of quartz glass or a translucent ceramic.
  • the invention can be used particularly advantageously in the case of high-pressure discharge lamps which have fillings which, during operation, give rise to alkali ions, especially Na and / or Li ions.
  • FIG. 1 shows a 250 watt metal halide discharge lamp with an evacuated outer bulb 1, a base 2, a frame 3 for holding the discharge vessel 4 and a getter 5.
  • the axially aligned discharge vessel 4 has a base near 6 and a base distal end 7 and electrodes 8, 9. Inside the discharge vessel 4 there is a filling which, in addition to an inert gas and mercury, also contains additions of NaJ, DyJ3, HoJ3, TmJ3 and TlJ.
  • the ends 6, 7 of the discharge vessel 4 have coatings 10 made of a heat-insulating material.
  • a first power supply 11 leads to the end 6 near the base, which electrically contacts the electrode 8 with the voltage source via the lamp power supply 11a.
  • a second power supply line 12 runs along the discharge vessel 4 and connects to the is connected to the base distal end 7 and ensures the voltage supply to the electrode 9 via the lamp power supply 12a.
  • a shielding wire 13 with an inflection point 13b, an angled region 13a and an end 13c remote from the base is arranged parallel to the power supply 12.
  • the angled region 13a and the first power supply 11 are connected to one another in an electrically conductive manner.
  • Shielding wire 13 and power supply 12 are partially surrounded by an Al2O3 ceramic body 14.
  • the one-piece, electrically insulating ceramic body 14 is continued in the second power supply 12 and the shielding wire 13 beyond its end 13c remote from the base.
  • the ceramic body 14 is continued in the second power supply 12 beyond the break point 13b, in the direction of the base 2. Both measures serve to avoid electrical breakdowns due to the particularly high electrical field strength at the break point 13b and at the end 13c of the shielding wire 13 remote from the base.
  • Figure 2 shows a cross section through the ceramic body 14 with two channels 15 in the longitudinal direction, which are designed here as bores.
  • the diameter of ceramic body 14 in FIG. 2 is 4.2 mm or 2.2 mm and the channels 15 have a diameter of 1.2 mm.
  • the ceramic body 14 shown in FIG. 3a consists of two separate tubes 17, 18, the tube 17, which surrounds the shielding wire 13, by means of two clips 19 Tube 18, which surrounds the second power supply 12, is mechanically fastened.
  • the ceramic body 14, outlined in FIG. 3b consists of two coaxially arranged tubes 20, 21 which are mechanically connected by means of webs 22.
  • the second power supply line 12 or the shielding wire 13 run in the interior of the tube 20 or in the intermediate space 23.
  • the shielding wire can be divided into several wires.
  • the Al2O3 ceramic body 14 '' '( Figure 3c) has a central channel 24 and five outer channels 25 which are arranged in a circle around this.
  • the second power supply line 12 runs within channel 24, while in each of the channels 25 at most one wire of the shielding wire 13 runs.
  • the wires of the shielding wire unite outside the ceramic body 14, in the vicinity of the break point 13b.

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  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Bei Hochdruckentladungslampen, insbesondere bei Halogen-Metalldampfentladungslampen mit Na- oder Li-Zusatz in der Füllung, tritt eine unerwünschte Ionen-Migration auf, die zur Änderung der Füllungszusammensetzung führt und die Lampenlebensdauer herabsetzt. Äußere elektrische Felder begünstigen diese Ionen-Migration. Zur Abschirmung ihrer elektrischen Felder werden die in unmittelbarer Nähe des Entladungsgefäßes (4) verlaufenden Stromzuführungen (12, 13) mit einer elektrisch isolierenden Hülle (14) versehen, die aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Entladungslampe nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
  • In der GB-PS 1 233 955 wird das Problem diskutiert, daß bei Hochdruck-Entladungslampen, die metallhaltige Füllungszusätze besitzen, während des Betriebes im Entladungsgefäß positive Metallionen erzeugt werden, die durch die Wand des Entladungsgefäßes diffundieren können. Falls in der Nähe des Entladungsgefäßes stromführende Teile verlaufen, so begünstigen deren elektrische Felder die Ionen-Migration stark. Außerdem werden aus diesen elektrischen Leitern durch die bei der Entladung entstehende UV-Strahlung Photoelektronen herausgelöst, die zur Wand des Entladungsgefäßes driften und ebenfalls die Ionen-Migration fördern. Der Diffusionsprozeß führt zu Verlusten bei den metallhaltigen Zusätzen und damit zu einer Änderung der Füllungszusammensetzung, die sich in einem instabilen Brennverhalten der Hochdruck-Entladungslampe äußert.
  • Diese Ionen-Migration tritt insbesondere bei Hochdruck-Entladungslampen mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas und Metallhalogenidzusätzen in der Füllung auf, bei denen unter Entladungsbedingungen Metallionen mit kleinem Ionenradius, wie z.B. Natriumionen, entstehen. Während des Betriebes der Lampe diffundieren, begünstigt durch äußere elektrische Felder, positiv geladene Natriumionen durch die Wand des Entladungsgefäßes, so daß in diesem ein Überschuß an Jod zurückbleibt, Aufgrund des elektronegativen Verhaltens des überschüssigen Jods kommt es überdies zu Schwierigkeiten bei der Zündung der Hochdruck-Entladungslampe und zu einem Anstieg der Brennspannung.
  • Zur Beseitigung dieser Probleme wird in der GB-PS 1 223 955 die Verwendung einer Abschirmelektrode vorgeschlagen, wobei hier ein anderes Problem entsteht, nämlich daß elektrische Durchschläge zwischen der Abschirmelektrode und der parallel dazu verlaufenden Stromzuführung auftreten können. Um dieses Problem zu umgehen, wird daher bei der Hochdruck-Entladungslampe in der GB-PS 1 223 955 vorgeschlagen, den Außenkolben mit einem Inertgas zu füllen, das elektronegative Zusätze zur Herabsetzung der mittleren freien Weglänge der Photoelektronen aufweisen kann.
  • Diese Konstruktion besitzt drei gravierende Nachteile: Es hat sich gezeigt, daß elektrische Durchschläge zwischen dem Abschirmdraht und der parallel verlaufenden Stromzuführung nicht im gewünschten Maße verhindert werden können. Außerdem verschlechtert die Gasfüllung im Außenkolben die Wärmeisolation des Entladungsgefäßes erheblich. Schließlich ist der Abschirmdraht zwangsläufig freitragend ausgeführt, so daß die Gefahr besteht, daß dieser bei Erschütterungen gegen die Stromzuführung oder das Entladungsgefäß schlägt und die Lampe beschädigt wird.
  • Ferner ist aus der DE-OS 37 35 523 eine einseitig gesockelte Hochdruck-Entladungslampe mit einem Außenkolben und einem darin axial angeordneten zweiendigen Entladungsgefäß bekannt, deren zum sockelfreien Ende des Entladungsgefäßes führende Stromzuführung eine Hülle aus einem Isolierstoff (z.B. Glas) aufweist. Eine Abschirmelektrode ist hier nicht vorgesehen. Diese Hülle bewirkt keine Abschirmung des elektrischen Feldes dieser Stromzuführung gegenüber den Ionen in der Gasentladung, so daß auch hier die Ionen-Migration zwar verringert, aber nicht im gewünschten Maße unterbunden wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Entladungslampe mit verringerter Ionen-Migration bereitzustellen, die ein befriedigendes Zündverhalten und eine über die Lebensdauer hinreichend konstante Brennspannung besitzt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt: Dadurch, daß die Umhüllungen aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise mit hoher Dielektrizitätskonstanten, bestehen, wird der die Ionen-Migration begünstigende Einfluß der elektrischen Felder von Abschirmdraht und zweiter Stromzuführung, die sich in unmittelbarer Nähe des Entladungsgefäßes befinden, vermindert.
  • Die GB-PS 1 223 955 weist im Vergleich hierzu einen falschen Weg, da sie versucht, die oben geschilderten Probleme durch ein Zusammenwirken verschiedener Effekte zu lösen, die aber zu gravierenden Nachteile im Lampenbetrieb führen.
  • Die Umhüllungen von Abschirmdraht und zweiter Stromzuführung verhindern außerdem, daß Photoelektronen die Entladungsgefäßwand negativ aufladen, indem sie einerseits die UV-Strahlung, welche wesentlich zum Photoeffekt beiträgt, schwächt und andererseits für Photoelektronen undurchlässig ist, so daß diese schließlich auf den elektrischen Leiter zurückgelenkt und von diesem abgeführt werden. Bei der vorliegenden Erfindung eröffnet sich die besonders vorteilhafte Möglichkeit, auf ein Füllgas im Außenkolben, das zwar die mittlere freie Weglänge der Photoelektronen verringern, aber die Wärmeisolation des Entladungsgefäßes verschlechtern würde, zu verzichten. Eine gemeinsame Hülle für den Abschirmdraht und die zweite Stromzuführung erlaubt eine platzsparende räumliche Anordnung dieser Teile, ohne daß elektrische Durchschläge zwischen ihnen auftreten. Außerdem gewährleistet diese Ausführung der Umhüllung eine mechanische Stabilisierung des Abschirmdrahtes. Erfindungsgemäße Hochdruck-Entladungslampen zeigen ein stabileres Brennverhalten und eine längere Lebensdauer als herkömmliche Hochdruck-Entladungslampen. Das Entladungsgefäß kann aus Quarzglas oder aus einer lichtdurchlässigen Keramik bestehen.
  • Besonders vorteilhaft ist die Erfindung bei Hochdruck-Entladungslampen anwendbar, die Füllungen besitzen, welche im Betrieb Alkali-Ionen, vor allem Na- und/oder Li-Ionen, entstehen lassen.
  • Die Erfindung wird nun anhand mehrerer besonders bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben.
    • Figur 1
    zeigt eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Hochdruck-Entladungslampe mit einer gemeinsamen Umhüllung für Abschirmdraht und zweiter Stromzuführung
    Figur 2
    ist ein Querschnitt durch die in Figur 1 dargestellte Umhüllung
    Figuren 3a - 3c
    zeigen jeweils einen Querschnitt durch die Umhüllungen von Abschirmdraht und zweiter Stromzuführung gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.
  • In Figur 1 ist eine 250 Watt-Metallhalogenid-Entladungslampe mit einem evakuierten Außenkolben 1, einem Sockel 2, einem Gestell 3 zur Halterung des Entladungsgefäßes 4 und einem Getter 5 dargestellt. Das axial ausgerichtete Entladungsgefäß 4 besitzt ein sockelnahes 6 und ein sockelfernes Ende 7 sowie Elektroden 8, 9. Innerhalb des Entladungsgefäßes 4 befindet sich eine Füllung, die außer einem Edelgas und Quecksilber auch Zusätze von NaJ, DyJ₃, HoJ₃, TmJ₃ und TlJ enthält. Die Enden 6, 7 des Entladungsgefäßes 4 weisen Überzüge 10 aus einem wärmeisolierenden Material auf. Zum sockelnahen Ende 6 führt eine erste Stromzuführung 11, welche über die Lampenstromzuführung 11a die Elektrode 8 elektrisch mit der Spannungsquelle kontaktiert. Entlang des Entladungsgefäßes 4 verläuft eine zweite Stromzuführung 12, die mit dem sockelfernen Ende 7 verbunden ist und die Spannungsversorgung der Elektrode 9 über die Lampenstromzuführung 12a sicherstellt. Parallel zur Stromzuführung 12 ist ein Abschirmdraht 13 mit einem Knickpunkt 13b, einem abgewinkelten Bereich 13a und einem sockelfernen Ende 13c angeordnet. Der abgewinkelte Bereich 13a und die erste Stromzuführung 11 sind elektrisch leitend miteinander verbunden. Abschirmdraht 13 und Stromzuführung 12 werden teilweise von einem Al₂O₃-Keramikkörper 14 umgeben. Der einteilige, elektrisch isolierende Keramikkörper 14 ist bei der zweiten Stromzuführung 12 und dem Abschirmdraht 13 über dessen sockelfernes Ende 13c hinaus fortgesetzt. Außerdem wird der Keramikkörper 14 bei der zweiten Stromzuführung 12 über den Knickpunkt 13b hinaus, in Richtung zum Sockel 2, fortgeführt. Beide Maßnahmen dienen zur Vermeidung von elektrischen Durchschlägen aufgrund der besonders hohen elektrischen Feldstärke am Knickpunkt 13b und am sockelfernen Ende 13c von Abschirmdraht 13. Der Keramikkörper 14, der mittels Nickelbändern 16 an der zweiten Stromzuführung 12 befestigt ist, gibt dem Abschirmdraht 13 mechanische Stabilität. Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Keramikkörper 14 mit zwei Kanälen 15 in Längsrichtung, die hier als Bohrungen ausgeführt sind. Die Durchmesser von Keramikkörper 14 in Figur 2 betragen 4,2 mm bzw. 2,2 mm und die Kanäle 15 haben einen Durchmesser von 1,2 mm.
  • Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht der Keramikkörper 14, dargestellt in Figur 3a, aus zwei getrennten Röhren 17, 18, wobei das Rohr 17, das den Abschirmdraht 13 umhüllt, mittels zweier Klammern 19 am Rohr 18, das die zweite Stromzuführung 12 umgibt, mechanisch befestigt ist.
  • Nach dem dritten Ausführungsbeispiel besteht der Keramikkörper 14, skizziert in Figur 3b, aus zwei koaxial angeordneten Rohren 20, 21, die mittels Stegen 22 mechanisch verbunden sind. Die zweite Stromzuführung 12 bzw. der Abschirmdraht 13 verlaufen im Innenraum von Rohr 20 bzw. im Zwischenraum 23. Hierbei kann der Abschirmdraht in mehrere Adern geteilt sein.
  • Bei einem vierten Ausführungsbeispiel besitzt der Al₂O₃-Keramikkörper 14''' (Figur 3c) einen zentralen Kanal 24 und fünf äußere Kanäle 25, die um diesen kreisförmig angeordnet sind. Die zweite Stromzuführung 12 verläuft innerhalb von Kanal 24, während in jedem der Kanäle 25 höchstens eine Ader des Abschirmdrahtes 13 verläuft. Die Adern des Abschirmdrahtes vereinigen sich außerhalb des Keramikkörpers 14, in der Nähe des Knickpunktes 13b.

Claims (10)

  1. Hochdruck-Entladungslampe mit
    - einem einseitig gesockelten Außenkolben (1)
    - einem innerhalb des Außenkolbens (1) angeordneten Entladungsgefäß (4), das ein sockelnahes (6) und ein sockelfernes Ende (7) aufweist
    - einer Füllung aus Inertgas, Quecksilber und metallhaltigen Zusätzen, insbesondere Metallhalogeniden, innerhalb des Entladungsgefäßes (4)
    - einem Gestell (3), das neben einer ersten (11) und einer zweiten Stromzuführung (12), die mit einem sockelnahen (6) bzw. sockelfernen Ende (7) des Entladungsgefäßes (4) verbunden sind, auch einen Abschirmdraht (13) besitzt, der teilweise parallel zur zweiten Stromzuführung (12) verläuft und von dieser elektrisch isoliert angeordnet ist und sich auf einem anderen elektrischen Potential befindet als diese zweite Stromzuführung (12),
    dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stromzuführung (12) und der Abschirmdraht (13) Umhüllungen (14) aus einem elektrisch isolierenden Material aufweisen.
  2. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmdraht (13) über einen abgewinkelten Abschnitt (13a) elektrisch leitend mit der ersten Stromzuführung (11) verbunden ist.
  3. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungen (14) aus einem elektrisch isolierenden Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten, insbesondere aus Al₂O₃ oder Ba₂TiO₄, bestehen.
  4. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umhüllungen (14) mindestens über die gesamte Länge der parallel verlaufenden Abschnitte von Abschirmdraht (13) und zweiter Stromzuführung (12) erstrecken.
  5. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruc 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (14) des Abschirmdrahtes (13) zumindest über dessen sockelfernes Ende (13c) hinaus verlängert ist.
  6. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (14) der zweiten Stromzuführung (12) über den Knickpunkt (13b) des Abschirmdrahtes (13) zwischen seinem abgewinkelten und seinem parallel zur Stromzuführung (12) verlaufenden Abschnitt hinaus verlängert ist.
  7. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungen (14) von Abschirmdraht (13) und zweiter Stromzuführung (12) miteinander mechanisch verbunden sind.
  8. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungen (14) als eine gemeinsame Umhüllung, bestehend aus einem einteiligen Körper mit einem Kanal (15, 24) für die zweite Stromzuführung (12) und mindestens einem Kanal (15) für den Abschirmdraht (13) ausgeführt sind.
  9. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmdraht (13) aus mehreren Adern besteht, denen jeweils ein Kanal (25) zugeordnet ist.
  10. Hochdruck-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkolben (1) evakuiert ist.
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EP (1) EP0446462A3 (de)
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