EP1925018A2 - Hochdruckentladungslampe mit entladungsgefäss - Google Patents

Hochdruckentladungslampe mit entladungsgefäss

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EP1925018A2
EP1925018A2 EP06806767A EP06806767A EP1925018A2 EP 1925018 A2 EP1925018 A2 EP 1925018A2 EP 06806767 A EP06806767 A EP 06806767A EP 06806767 A EP06806767 A EP 06806767A EP 1925018 A2 EP1925018 A2 EP 1925018A2
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EP
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electrode
pressure discharge
discharge lamp
lamp according
heating device
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Withdrawn
Application number
EP06806767A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gotthard Schleicher
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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    • H01J61/86—Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection
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    • H01J61/82—Lamps with high-pressure unconstricted discharge having a cold pressure > 400 Torr

Definitions

  • the invention is based on a high-pressure discharge lamp with a ceramic discharge vessel according to the preamble of claim 1.
  • These are, in particular, metal halide lamps, in particular for general lighting, or else high-pressure sodium lamps.
  • the cooling of the electrode is prevented by adding an additional heating source to the lamp.
  • This source can be mounted either internally or externally on the discharge vessel.
  • the electrode geometry can be suitably optimized in order to effectively couple the heating process.
  • the technology can also be exploited to bring about preheating of the electrodes, which improves the ignition behavior of the lamp.
  • This preheating can be constructed, for example technically analogous to the heating control of electronic ballast for fluorescent lamps.
  • An example is in DE-Az 102004044180.4 and DE-Az 102004035122.8 and in DE-A 102 52 834, DE-A 102 52 836, DE-A 102 26 899, DE-A 101 40 723, DE-A 100 53 803 and DE-A 34 41 992 indicated.
  • the heater is inside or outside the electrode.
  • the heating power can be concentrated at the desired location via the variation of the specific resistance, for example by suitable choice of material, and the cross-section of the electrode or a change in the cross-sectional area.
  • the field of application are, in particular, metal halide lamps and high-pressure sodium lamps.
  • FIG. 1 shows an electrode for a high-pressure discharge lamp with an internal heating device
  • FIG. 4 shows a high-pressure discharge lamp with head electrode
  • FIG. 5 shows a further embodiment of an electrode
  • FIG. 6 shows a discharge vessel of a high-pressure discharge lamp
  • FIG. 7 shows a further embodiment of an electrode
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a high-pressure discharge lamp.
  • a basic circuit for an ECG for a high-pressure discharge lamp is based, for example, on the explanations in Sturm S. 217, Figure 4.44.
  • An operating method may use a bipolar rectangular supply current. This can be impressed, for example, to stabilize the commutation a short-term performance, the resulting power corresponds to the rated lamp power and is in the case of dimming below the rated power.
  • FIG. 1 shows a suitable electrode 1 for a metal halide lamp, in which a heating element 3 accommodated in the head 2 of the electrode accomplishes the heating. In this case, a contact of the heating of the cartridge with the electrode can be connected.
  • FIG. 2 shows a head 2 of an electrode 1, in which the heater is embedded as a wire 4 in thread-like grooves 5 of the head 2. Again, a contact may be connected to the electrode.
  • the heater 10 is attached to the outside of the electrode 1 at the rear part 6 of the head 2.
  • the head 2 is seated on a shaft 7.
  • the heating means is a conductive layer, in particular a conductive ceramic, preferably an electrically conductive cermet, as known per se.
  • FIG. 4 shows a high-pressure discharge lamp with a top electrode. It is a schematically shown mercury short arc lamp.
  • a discharge vessel 15 sealed on two sides contains an anode 12 and, opposite to it, a cathode 13.
  • the lamp is operated at a power of 3400 W at a current of 148 A.
  • the discharge vessel is filled with 1.4 bar xenon and 2.5 mg mercury per cm 3 .
  • the anode 12 consists of a cylindrical shaft 7 and a nem placed on it massive cylindrical head 2, which contains the heater. Only the contact 9 is visible.
  • the heating device 8 as described in Figure 1 is mounted laterally at the rear end 4 of the anode.
  • another of the electrode assemblies described in the preceding figures may be used with heating means in the lamp
  • An illumination unit additionally comprises an electrical circuit which enables a dimming operation, preferably in a wide range between 10 and 100%.
  • the disc may have a central bore through which the electrode is pushed.
  • the disc can also be designed without a hole, in this case, the electrode consists of two parts, which are fixed at the top and bottom of the disc.
  • FIG. 6 shows a typical discharge vessel 25 for high-pressure discharge lamps with needle electrode 21 and a counter-electrode 22 similar to that known in low-pressure discharge lamps.
  • the filling of the discharge vessel is adjacent to an inert ignition gas, e.g. Argon, from mercury and metal halide additives. It is also possible, for example, the use of a metal halide filling without mercury, with a high pressure is selected for the ignition gas xenon.
  • an inert ignition gas e.g. Argon
  • a metal halide filling without mercury, with a high pressure is selected for the ignition gas xenon.
  • FIG. 7 shows the head 2 of an electrode, in which the heating contact is produced by a duckbill-like tapered part 25, which is fastened to a contact 26. By the tapering of the part, a concentration of the heating power on the tip surface 27.
  • the two heating poles 28, which make contact with the head 2 be made of harnesstownbe responsiblem material.
  • FIG. 8 schematically shows a high-pressure discharge lamp 1.
  • a discharge vessel 5 sealed on two sides contains an anode 2 and, opposite to it, a cathode 3.
  • the lamp is supplied with a power of 3400 W.
  • the discharge vessel is filled with 1 .4 bar of xenon and 2.5 mg of mercury per cm 3 .
  • the anode consists of a cylindrical shaft 6 and a massive cylindrical head 7 mounted thereon.

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Bei einer Elektrode (1) einer Hochdruckentladungslampe ist eine Heizvorrichtung (3) am Kopf (2) angebracht um Nachteile im Dimmbetrieb ausgleichen zu können.

Description

Hochdruckentladungslampe mit Entladungsgefäß
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei ins- besondere um Metallhalogenidlampen, insbesondere für Allgemeinbeleuchtung, oder auch um Natriumhochdrucklampen.
Stand der Technik
Aus der DE-A 10 2004 020 397 ist ein Verfahren zum Dimmen einer Hochdruckentladungslampe bekannt.
Auch aus dem Buch Betriebsgeräte und Schaltungen für elektrische Lampen, CH. Sturm und E. Klein, 1992, SAG (im folgenden als Sturm bezeichnet) sind verschiedene Möglichkeiten des Dimmens von Hochdruckentladungslampe bekannt, siehe insbesondere S. 235 und S. 296-297. Problematisch ist jedoch bei verminderter Zuführung elektrischer Energie das Abkühlen der Elektroden sowie u.U. auch ein Abkühlen des Entladungsgefäßes. Aus diesen Gründen ist das Dimmen von Hochdruckentladungslampen bisher noch kaum verbreitet. Wenn überhaupt gedimmt wird, dann in einem sehr eingeschränkten Bereich und evtl. auf Kosten einer reduzierten Lebensdauer. Ebenso ist eine Veränderung des Emissionspektrums zu beobachten. Dies beruht auf den veränderten thermischen Bedingungen der Elektroden und des gesamten Entladungsgefäßes.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die dimmbar ist, insbesondere in einem weiten Bereich, und die insbesondere die Nachteile des Stand der Technik vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Erfindungsgemäß wird das Abkühlen der Elektrode dadurch verhindert, dass der Lampe eine zusätzliche Heizquelle hinzugefügt wird. Diese Quelle kann entweder intern oder extern am Entladungsgefäß angebracht sein. Insbesondere kann die Elektrodengeometrie geeignet optimiert sein, um den Heizprozess effektiv ankop- peln zu lassen.
Damit lässt sich die Temperatur der Elektroden erhöhen. Wird die Zufuhr der Heizenergie steuerbar ausgeführt, wird damit bei einer dimmbaren Lampe das Dimmverhalten positiv unterstützt.
Andererseits kann die Technologie auch ausgenutzt werden, um eine Vorheizung der Elektroden zu bewerkstelligen, die das Zündverhalten der Lampe verbessert.
Diese Vorheizung kann beispielsweise technisch analog zur Heizungssteuerung von EVG für Leuchtstofflampen aufgebaut sein. Ein Beispiel ist in der DE-Az 102004044180.4 und in der DE-Az 102004035122.8 sowie in den DE-A 102 52 834, DE-A 102 52 836 ,DE-A 102 26 899 , DE-A 101 40 723 , DE-A 100 53 803 sowie DE-A 34 41 992 angegeben.
Die Heizung sitzt innen oder außen an der Elektrode. Prinzipiell kann über die Variation des spezifischen Widerstands, beispielsweise durch geeignete Materialauswahl, und den Querschnitt der Elektrode oder einer Änderung der Querschnittsfläche die Heizleistung an gewünschter Stelle konzentriert werden. Als Anwendungsfeld kommen vor allem Metallhalogenidlampen und Natriumhochdrucklampen in Betracht.
Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 eine Elektrode für eine Hochdruckentladungslampe mit innen liegender Heizvorrichtung;
Figur 2 bis 3 Elektroden mit außenliegender Heizvorrichtung in verschiedenen Ausführungsbeispielen;
Figur 4 eine Hochdruckentladungslampe mit Kopfelektrode;
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrode; Figur 6 ein Entladungsgefäß einer Hochdruckentladungslampe;
Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Elektrode;
Figur 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Hochdruckentladungslampe.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Eine Prinzipschaltung für ein EVG für eine Hochdruckentladungslampe orientiert sich beispielsweise an den Ausführungen bei Sturm S. 217, Bild 4.44.
Ein Betriebsverfahren kann einen bipolaren reckteckförmigen Versorgungsstrom verwenden. Dem kann beispielsweise zur Stabilisierung der Kommutierung eine kurzzeitige Überleistung aufgeprägt werden, wobei die resultierende Leistung der Lampennennleistung entspricht und im Fall des Dimmens unterhalb der Nennleistung liegt.
In Figur 1 ist eine geeignete Elektrode 1 für eine Metallhalogenidlampe gezeigt, bei der eine im Kopf 2 der Elektrode untergebrachte Heizpatrone 3 die Heizung bewerkstelligt. Dabei kann ein Kontakt der Heizung der Patrone mit der Elektrode ver- bunden sein.
In Figur 2 ist ein Kopf 2 einer Elektrode 1 gezeigt, bei der die Heizung als Draht 4 in gewindeähnlichen Nuten 5 des Kopfs 2 eingebettet ist. Wieder kann ein Kontakt mit der Elektrode verbunden sein.
In Figur 3 ist die Heizung 10 außen an der Elektrode 1 am hinteren Teil 6 des Kopfs 2 angebracht. Der Kopf 2 sitzt auf einem Schaft 7. Wegen der dort herrschenden hohen Temperaturbelastung ist das Heizmittel eine leitende Schicht, insbesondere eine leitende Keramik, bevorzugt ein elektrisch leitendes Cermet, wie an sich bekannt.
Figur 4 zeigt eine Hochdruckentladungslampe mit Kopfelektrode. Es handelt sich um eine schematisch gezeigte Quecksilber-Kurzbogenlampe. Ein zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß 15 enthält eine Anode 12 und gegenüberliegend eine Kathode 13. Die Lampe wird mit einer Leistung von 3400 W bei einem Strom von 148 A betrieben. Das Entladungsgefäß ist mit 1.4 bar Xenon und 2.5 mg Quecksilber pro cm3 gefüllt. Die Anode 12 besteht aus einem zylindrischen Schaft 7 und ei- nem darauf aufgesetzten massiven zylindrischen Kopf 2, der die Heizung enthält. Lediglich der Kontakt 9 ist sichtbar. Die Heizvorrichtung 8 wie in Figur 1 beschrieben ist seitlich am Hinterende 4 der Anode angebracht. Alternativ kann eine andere der in der vorangegangenen Figuren beschriebenen Elektrodenanordnung mit Heizvor- richtung in der Lampe verwendet werden
Gut geeignet für den Dimmbetrieb von Metallhalogenidlampen kleiner Leistung, insbesondere 20 bis 150 W, ist die Verwendung einer Nadel-Elektrode 20, siehe Figur 5. Um diese wird etwa mittig eine elektrisch leitende Scheibe 21 angebracht. Diese Scheibe wird elektrisch aufgeheizt durch eine Heizquelle 22. Aufgrund zu- nehmender Stromdichte zur Elektrode hin ist dort die Heizung am stärksten. Dieser Effekt kann durch Variation der Scheibendicke, insbesondere in radialer Richtung, bzw. auch durch kontinuierliche oder stufenförmige Verjüngung der Scheibe zum Zentrum hin verstärkt werden. Die Scheibe besteht bevorzugt aus Molybdän, einer Legierung des Molybdän, oder einem elektrisch leitenden Cermet. Eine Beleuch- tungseinheit umfasst zusätzlich noch eine elektrische Schaltung, die einen Dimmbetrieb, bevorzugt in einem weiten Bereich zzwischen 10 und 100 %, ermöglicht.
Die Scheibe kann eine zentrale Bohrung besitzen, durch die die Elektrode hin- durhcgesteckt ist. Die Scheibe kann aber auch ohne Bohrung ausgeführt sein, in diesem Fall besteht die Elektrode aus zwei Teilen, die oben und unten auf der Scheibe befestigt sind.
Figur 6 zeigt ein typisches Entladungsgefäß 25 für Hochdruckentladungslampen mit Nadelelektrode 21 und einer Gegenelektrode 22 ähnlich wie sie bei Niederdruckentladungslampen bekannt ist.
Die Füllung des Entladungsgefäßes besteht neben einem inerten Zündgas, z.B. Argon, aus Quecksilber und Zusätzen an Metallhalogeniden. Möglich ist beispielsweise auch die Verwendung einer Metallhalogenid-Füllung ohne Quecksilber, wobei für das Zündgas Xenon ein hoher Druck gewählt wird.
Die Figur 7 zeigt schließlich den Kopf 2 einer Elektrode, bei der der Heizkontakt durch ein sich entenschnabelartig verjüngendes Teil 25 hergestellt wird, das an ei- nem Kontakt 26 befestigt ist. Durch die Verjüngung des Teils erfolgt eine Konzentration der Heizleistung auf die Spitzenfläche 27. Dabei sollen die beiden Heizpole 28, die den Kontakt zum Kopf 2 herstellen, aus hochwärmebeständigem Material gefertigt sein. In Figur 8 ist schematisch eine Hochdruckentladungslampe 1 dargestellt. Ein zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß 5 enthält eine Anode 2 und gegenüberliegend eine Kathode 3. Die Lampe wird mit einer Leistung von 3400 W. Das Entladungsgefäß ist mit 1 .4 bar Xenon und 2.5 mg Quecksilber pro cm3 gefüllt. Die Ano- de besteht aus einem zylindrischen Schaft 6 und einem drauf aufgesetzten massiven zylindrischen Kopf 7.

Claims

Patentansprüche
1. Hochdruckentladungslampe mit Entladungsgefäß (4), das Elektroden und eine Füllung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Elektroden eine Heizvorrichtung zugeordnet ist, die innerhalb des Entladungsgefäßes angeordnet ist.
2. Hochdruckentladunqslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beheizte Elektrode einen Schaft mit daran angesetztem Kopf besitzt.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung eine Heizpatrone ist, die im Kopf der Elektrode eingebracht ist.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung außen am Kopf der Elektrode befestigt ist.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung als Draht um einen Teil des Elektrodenkopfs gewickelt ist.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung als leitende Schicht auf einen Teil des Elektrodenkopfs aufgebracht ist.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beheizte Elektrode eine nadeiförmige Elektrode ist.
8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung eine leitende Scheibe ist, die insbesondere auf die Elektrode aufgesteckt ist.
9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktierung für die Heizvorrichtung der beheizten Elektrode mittels eines zugespitzten Drahts erfolgt.
10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie für den Dimmbetrieb geeignet ist.
1. Beleuchtungseinheit mit einer Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 10 und einer elektrischen Schaltung, die den Dimmbetrieb ermöglicht.
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