EP1974367A1 - Hochdruckentladungslampe mit am ende des entladungsgefässes angebrachten kühllamellen - Google Patents

Hochdruckentladungslampe mit am ende des entladungsgefässes angebrachten kühllamellen

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EP1974367A1
EP1974367A1 EP07703905A EP07703905A EP1974367A1 EP 1974367 A1 EP1974367 A1 EP 1974367A1 EP 07703905 A EP07703905 A EP 07703905A EP 07703905 A EP07703905 A EP 07703905A EP 1974367 A1 EP1974367 A1 EP 1974367A1
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EP
European Patent Office
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discharge lamp
lamp according
pressure discharge
discharge vessel
ized
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EP07703905A
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English (en)
French (fr)
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EP1974367B1 (de
Inventor
Stefan Jüngst
Klaus Stockwald
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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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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/52—Cooling arrangements; Heating arrangements; Means for circulating gas or vapour within the discharge space
    • H01J61/523—Heating or cooling particular parts of the lamp
    • 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 relates to a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1.
  • Such lamps are in particular high-pressure discharge lamps with a ceramic discharge vessel for general lighting.
  • These are, in particular, metal halide lamps or else sodium high-pressure lamps or high-pressure mercury lamps.
  • US Pat. No. 4,970,431 discloses a sodium high-pressure discharge lamp in which the piston of the discharge vessel is made of ceramic. At the ends of the cylindrical discharge vessel fin-like extensions are attached, which serve the heat dissipation.
  • EP-A 506 182 are coatings of graphite or carbon o.a. known, which are applied to ceramic discharge vessels at the ends to effect cooling.
  • the object of the present invention is to provide a high-pressure discharge lamp whose color spread is significantly reduced compared to previous lamps.
  • the high-pressure discharge lamp with a ceramic discharge vessel has a central part and two ends which are sealed by seals, wherein electrodes are anchored in the seals which extend into the discharge volume enveloped by the discharge vessel, wherein a filling containing metal halides or metals in the Discharge volume is housed.
  • fin-like lamellae which extend radially outward are seated at the ends.
  • the surface of the lamellae is generally arranged predominantly in a region which, downstream of the discharge, lies behind a line which is defined by the projection of the tip of the electrode onto the inner surface of the discharge vessel
  • the arrangement of the slats is rotationally symmetrical to one another, in particular with a three to eight-numbered symmetry.
  • the shape of the slats may be substantially similar, but need not.
  • two sets of lamellae may be alternately used, for an eight-figure symmetry, four each of a kind.
  • the invention is particularly suitable for highly loaded metal halide lamps in which the ratio between the inner length and the maximum inner diameter of the discharge vessel, the so-called aspect ratio, is between 1.0 and 8.0, preferably at least 1.5. Limits are included.
  • the width of the lamellae is of the order of magnitude of the wall thickness of the central part of the discharge vessel, specifically in the case of constant width, in particular not more than 50%, preferably not more than 25%, deviating from this wall thickness.
  • the seals are advantageously designed as capillaries.
  • they can also be embodied differently, see, for example, DE-A 197 27 429, where a cermet pin is used.
  • the invention is also applicable to stopper technologies, wherein the lamellae can either sit on the discharge vessel or on the separate plug part, or lamellae can be seated on both bodies.
  • the lamellae have two broad sides and a narrow side, the narrow side pointing radially outward. These sides together define the surface of the lamella.
  • the narrow side can be bevelled and in particular be provided with a coating.
  • the coating should be highly viscous. Suitable materials are, in particular, graphite or carbon, ie other carbon modifications, such as e.g. DLC (diamond-like carbon).
  • the cooling behavior can also be controlled by a part of the seal, in particular a part of the lamella such as the narrow side, being provided with a coating.
  • the material of the piston A12O3 in particular PCA, or any other conventional ceramics such as AlON or AlN can be used.
  • the choice of filling is subject to no particular restriction.
  • Discharge vessels or burners for high-pressure lamps with approximately uniform wall thickness distribution and slim-running end shapes show, depending on the composition of the composition, in part high color scattering due to the strong distribution of the metal halide filling inside the discharge vessel.
  • the charge condenses in the discharge-away region behind the line, which is determined by projecting the electrode tip onto the inner burner surface.
  • the filling positioning on a zone of the surface inside the discharge vessel, which corresponds to a narrow temperature range, and into the residual volumes of the -eventually present capillaries is not yet sufficiently precisely adjustable. Therefore, it is now important to apply fins or lamellae to the discharge vessel, the effect of which predominantly occurs in an area which lies behind the line which is determined by projecting the electrode tip onto the inner burner surface.
  • U- predominantly means, in particular, that at least two-thirds of the surface of the fins is mounted in an area which lies behind the line away from the discharge, which is determined by projecting the electrode tip onto the wall of the discharge vessel.
  • Previous discharge vessels often have a shape with increased wall thickness at the end surfaces, eg in cylindrical burner shapes, thereby creating an enlarged end surface.
  • Another problem is the increased by the wall thickness-dependent specific emission coefficient of the ceramic radiation of IR radiation during operation of the discharge vessel in the evacuated or gas-filled outer envelope.
  • the surface of the discharge vessel is determined by the specific radiation power according to the Stefan Boltzmann law:
  • P rad / A radiated radiant power per unit surface area
  • ⁇ hemispherical emission coefficient of the radiating surface
  • the transition of the discharge vessel, in which the arc discharge burns, to the end forms, which contain the electrode structures for electrical or electromagnetic line injection is meant. This is especially true, if no significant increase in the wall thickness in the end region with respect to the wall thickness of the discharge vessel - in cylindrical discharge vessels is typically a factor of 1.5 to 2.5 - given by the shaping. However, an application for this is not excluded.
  • wing-like or fin-like formations formed on the seal in the transition region, preferably with a longitudinal orientation parallel to the axis with at least three-fold symmetry and maximum eight-fold symmetry of the distribution around the circumference.
  • they are slats.
  • the fin-like molding areas may be substantially smooth surfaces or may also have a faceted surface.
  • the facet areas may be delimited flatly relative to the remaining surface area of the lamella and have a defined orientation relative to the axis and center of gravity of the discharge vessel.
  • NIR near infrared
  • the coating should preferably be applied in the region of the transition between the end of the discharge vessel and the seal. In particular, this also applies to the seal alone, where the coating can be applied without a lamella.
  • High-temperature-resistant coatings with hemispherical emission coefficients ⁇ are suitable as coating materials.
  • coating materials including graphite, mixtures of A12O3 with graphite, mixtures of A12O3 with carbides of the metals Ti, Ta, Hf, Zr, as well as of semi-metals such as Si.
  • mixtures which additionally contain other metals for adjusting any desired electrical conductivity are suitable as coating materials.
  • both measures can be suitably combined with each other, so that a part of the surface radiation increase via an increase in the surface by lamellae and at the same time a part of the Coating of parts of these fins or the adjacent colder sealing areas takes place.
  • the total mass of the discharge vessel increases only insignificantly by this type of fins and thus remains below a critical value that would adversely affect the start-up behavior of the lamp when ignited. There is thus a sophisticated compromise between good ignition and effective cooling.
  • This measure allows one very high color stability under the conscious acceptance of a bad isotherm. This is done in departure from the previous objective of the best possible isotherm and allows the zone of condensation of the filling to be determined exactly by deliberately designing a temperature gradient.
  • the area of the lamellae is optically transparent or at least translucent. As far as possible, this should also be the case for areas with a coating.
  • the solid angle at which the areas with coating appear from the center of the lamp is minimized as far as possible. Because the coating absorbs radiation and therefore costs efficiency. For this reason, the coating should be applied to inclined surfaces of the lamellae, since then the solid angle appears smaller from the center. This applies in particular to the narrow side of the slats.
  • a control means of the cooling effect is also the maximum height of the blade, especially if it attaches to the discharge vessel, since depending on the approach height, the discharge takes place from a different temperature level.
  • a particular advantage of such integral lamellae is that they cool particularly effectively Similar to separate attachments, and that they are easy to produce using modern manufacturing techniques such as injection molding, slip casting or rapid prototyping.
  • Fig. 1 is a high pressure discharge lamp
  • Fig. 2 shows a detail of the discharge lamp of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a discharge vessel
  • Figure 11 is a schematic representation of the geometric parameters of the slats
  • Figure 1 shows a metal halide lamp 1. It consists of a tubular discharge vessel 2 made of ceramic, in which two electrodes are inserted (not visible).
  • the discharge vessel has a central part 5 and two ends 4 sit at the ends of two seals 6, which are designed here as capillaries.
  • the discharge vessel and the seals are made integrally from a material such as PCA.
  • the discharge vessel 2 is surrounded by an outer bulb 7, which terminates a base 8.
  • the discharge vessel 2 is supported in the outer bulb by means of a rack, which includes a short and long power supply IIa and IIb.
  • a rack which includes a short and long power supply IIa and IIb.
  • the fins extend radially outward.
  • FIG. 2 shows a top view of the region of a seal 6.
  • the lamellae 10 have two broad sides 12 and one
  • Narrow side 13 the lamellas are evenly distributed around the seal.
  • the narrow sides 13 which are bevelled, sits a highly-sensitive layer 14
  • the fins have a maximum height of about half the maximum height of the central part of the discharge vessel.
  • FIG. 3 shows a discharge vessel 2 in which, in the left-hand embodiment, the fins 15 branch off from approximately the maximum height of the end of the discharge vessel and maintain the height.
  • the mass of the blade is significantly lower by the maximum height of the blade with increasing distance from the end 4 decreases evenly.
  • FIG. 4 shows in the left exemplary embodiment the possibility of cooling solely by means of a coating 16 effect, which completely surrounds the seal like a cuff in its middle part.
  • a coating 16 effect which completely surrounds the seal like a cuff in its middle part.
  • one type of lamella 17 is shown, which is located only on the seal itself and does not extend further to the discharge vessel, which is here separate from the capillary.
  • the lamella is here shaped like a circle segment.
  • Figure 5 shows in the left embodiment a discharge vessel 19 with a short seal 20 and very short lamellae 21, but a total of eight lamellae are used.
  • Figure 5 also shows in the right embodiment of an arrangement in which these slats additionally a rotationally symmetric coating 22 is used after the slats.
  • Further exemplary embodiments are those with a higher toughness than 8, in particular up to 16.
  • the number of fins does not have to be even, it can also be odd, for example five fins.
  • Another embodiment is characterized in that differently designed groups of lamellae are used, for example two groups on a seal whose width and height are different and which alternate.
  • Each fin or fin has a given maximum height extending radially to the axis of the discharge vessel and a maximum length extending axially and a maximum width. All three sizes can have a constant value, but they usually vary in such a way that they are optimally adapted to the needs.
  • the height H of the fin or lamella can be from a fraction, in particular one tenth, of the difference DF between half the maximum outer diameter of the discharge vessel and half the diameter of the capillary up to twice, in particular 1.4 times, particularly preferably up to Simple, this difference is enough DF. So 1/10 DF ⁇ H ⁇ 2 DF. Preferably, 1/5 DF ⁇ H ⁇ 1.4 DF.
  • the fins may also be stepped, that is, their height H varies in steps along the length L.
  • the width B of the fin is often constant and usually ranges from 0.2 to 1.5 mm.
  • a second preferred embodiment is a radially outwardly decreasing width.
  • an outwardly increasing width wherein in particular the arc length BL of the width B remains constant.
  • a typical arc length BL is 1/10 of the circumference U of the seal down to 1/50 U.
  • Another shape of the width of the fin is triangular or in particular trapezoidal, seen in cross section.
  • FIG. 7 shows a discharge vessel 25 with stepped lamellae 27, so that the height H of the lamella changes abruptly.
  • the definition of the total length GL is shown here.
  • Figure 8 shows a cylindrical discharge vessel 30 with stepped blades 26, in which the blades extend over the entire length of the seal. A lower part 26a of the blades is pulled to the end of the discharge vessel, the height of the blades continues to increase in two stages. Part 26b has about 50% of the height corresponding to the diameter of the discharge vessel and part 26c has 100% of the height of the diameter of the discharge vessel.
  • FIG. 9 shows a cylindrical discharge vessel 30 in which the entire length of the discharge vessel is covered with lamellae 35.
  • FIG. 10 shows an illustration of the end 36 of a discharge vessel which is closed by a separate plug 37.
  • the blade 38 has here the shape of a Fin, which attaches just behind the line PL and then extends approximately to the approach of the tail pipe 39.
  • Small fins 40 are additionally arranged on the plug 37.
  • projection line PL at the tip of the electrode 41 is explained in this figure.
  • the essence of the invention is that at least one end of the discharge vessel fin-like fins sit as shown here 38, which extend radially outward in their height H, wherein the surface of the slats is arranged mainly in a predominantly area, the discharge facing away behind is a line which is determined by the projection of the tip of the electrode on the inner surface of the discharge vessel. Preferably, this proportion is at least two-thirds. But it can be up to 100%.
  • the fin can only extend between the projection line PL and the approach AA of the seal, where it has the highest effect, or extend even further back to a part or the entire length of the seal. But it can also be located only in the field of sealing.
  • the dashed lines show possible embodiments of the fin.
  • FIG. 11 shows a diagram for explaining the terms of height H, width B and length L of the lamellae.
  • variable size of the dimensions H, B and L in each case a maximum height, width or length is meant.

Landscapes

  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

Auf den Abdichtungen des keramischen Entladungsgefäßes sind Lamellen angebracht, die zur Kühlung des Entladungsgefäßes dienen. Sie sind integraler Bestandteil der Abdichtung.

Description

Hochdruckentladungslampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen mit keramischen Entladungsgefäß für die Allgemeinbeleuchtung. Es handelt sich insbesondere um Metallhalogenidlampen oder auch Natriumhochdrucklampen oder Quecksilberhochdrucklampen .
Stand der Technik
Die US-A 4 970 431 offenbart eine Natrium- Hochdruckentladungslampe, bei der der Kolben des Entla- dungsgefäßes aus Keramik gefertigt ist. An den Enden des zylindrischen Entladungsgefäßes sind flossenartige Fortsätze aufgesteckt, die der Wärmeabfuhr dienen.
Aus der EP-A 506 182 sind Beschichtungen aus Graphit oder Carbon o.a. bekannt, die auf keramische Entladungsgefäße an den Enden aufgebracht sind, um eine Kühlung zu bewirken .
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, deren Farbstreuung gegenüber bisherigen Lampen deutlich reduziert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die Hochdruckentladungslampe mit einem keramischen Entladungsgefäß besitzt einen zentralen Teil und zwei Enden, die durch Abdichtungen verschlossen sind, wobei Elektroden in den Abdichtungen verankert sind, die sich in das vom Entladungsgefäß umhüllte Entladungsvolumen erstrecken, wobei eine Füllung, die Metallhalogenide oder auch Metalle enthält, im Entladungsvolumen untergebracht ist. Dabei sitzen an den Enden flossenartige Lamellen, die sich radial nach außen erstrecken. Dabei ist die Oberfläche der Lamellen insgesamt überwiegend in einem Bereich angeordnet, der entladungsabgewandt hinter einer Linie liegt, die durch die Projektion der Spitze der Elektrode auf die innere Oberfläche des Entladungsgefäßes festgelegt wird
Bevorzugt ist die Anordnung der Lamellen rotationssymmetrisch zueinander, insbesondere mit einer drei- bis acht- zahligen Symmetrie. Dabei kann der Einfachheit halber die Form der Lamellen im wesentlichen gleichartig sein, muss es aber nicht. Es können beispielsweise zwei Sätze von Lamellen abwechselnd verwendet werden, für eine achtzäh- lige Symmetrie also je vier einer Sorte.
Die Erfindung ist besonders geeignet für hochbelastete Metallhalogenidlampen, bei denen das Verhältnis zwischen der Innenlänge und dem maximalen Innendurchmesser des Entladungsgefäßes, das sog. Aspektverhältnis, zwischen 1,0 und 8,0, bevorzugt mindestens 1,5, liegt. Grenzwerte sind eingeschlossen. Fertigungstechnisch ist es vorteilhaft, dass die Breite der Lamellen in der Größenordnung der Wandstärke des zentralen Teils des Entladungsgefäßes liegt, und zwar im Falle konstanter Breite insbesondere höchstens 50 %, be- vorzugt höchstens 25 %, von dieser Wandstärke abweicht.
Insbesondere sind vorteilhaft die Abdichtungen als Kapillaren ausgeführt. Sie können aber auch anders ausgeführt sein, siehe beispielsweise DE-A 197 27 429, wo ein Cer- metstift verwendet wird. Die Erfindung ist auch für Stop- fentechnologien anwendbar, wobei die Lamellen entweder auf dem Entladungsgefäß sitzen, oder auf dem separaten Stopfenteil, oder auf beiden Körpern Lamellen sitzen können .
Besonders gute Kühlwirkung lässt sich erzielen, wenn die Lamellen auf einem Teil der Abdichtungen sitzen, der den Enden benachbart ist, oder wenn die Lamellen an den Enden ansetzen .
Im allgemeinen haben die Lamellen zwei Breitseiten und eine Schmalseite, wobei die Schmalseite radial nach außen zeigt. Diese Seiten definieren zusammen die Oberfläche der Lamelle. Besonders bevorzugt kann die Schmalseite abgeschrägt sein und insbesondere mit einer Beschichtung versehen sein. Die Beschichtung sollte hochemissiv sein. Geeignete Materialien sind insbesondere Graphit oder Car- bon, also andere Kohlenstoff-Modifikationen wie z.B. DLC (diamond-like carbon) .
Generell kann das Kühlungsverhalten auch dadurch gesteuert werden, daß ein Teil der Abdichtung, insbesondere ein Teil der Lamelle wie die Schmalseite, mit einer Beschich- - A -
tung hoher Emissivitat bedeckt ist. Es ist auch möglich, eine Beschichtung auf der Abdichtung ohne gleichzeitige Benutzung eines lamellenartigen Vorsprungs an dieser Stelle zu verwenden.
Als Material des Kolbens kann A12O3, insbesondere PCA, oder jede andere übliche Keramik wie AlON oder AlN verwendet werden. Auch die Wahl der Füllung unterliegt keiner besonderen Einschränkung.
Entladungsgefaße oder Brenner für Hochdrucklampen mit an- nähernd gleichmaßiger Wanddickenverteilung und schlank auslaufenden Endenformen zeigen abhangig von der FuI- lungszusammensetzung teilweise hohe Farbstreuung durch starke Verteilung der Metallhalogenid-Fullung im Innern des Entladungsgefaßes . Typisch kondensiert die Füllung in dem entladungsfernen Bereich hinter der Linie, die durch Projektion der Elektrodenspitze auf die innere Brenner- Oberflache festgelegt wird. Die Fullungspositionierung auf eine Zone der Oberflache im Innern des Entladungsge- faßes, die einem engen Temperaturbereich entspricht, und in die Restvolumina der -eventuell vorhandenen- Kapillaren hinein ist bisher nicht ausreichend genau einstellbar. Deshalb kommt es jetzt darauf an, Finnen oder Lamellen an das Entladungsgefaß anzusetzen, deren Wirkung u- berwiegend in einem Bereich zum Tragen kommt, der hinter der Linie liegt, die durch Projektion der Elektrodenspitze auf die innere Brenner-Oberflache festgelegt wird. U- berwiegend bedeutet insbesondere, dass mindestens zwei Drittel der Oberflache der Finnen in einem Bereich aufgespannt ist, der entladungsfern hinter der Linie liegt, die durch Projektion der Elektrodenspitze auf die Wand des Entladungsgefaßes festgelegt wird. Bisherige Entladungsgefäße haben oft eine Form mit verstärkter Wanddicke an den Endflächen, z.B. bei zylindrischen Brennerformen, und erzeugen dadurch eine vergrößerte Endenoberfläche. Ein weiteres Problem ist die durch den wanddickenabhängigen spezifischen Emissionskoeffizienten der Keramik erhöhte Abstrahlung von IR-Strahlung beim Betrieb des Entladungsgefäßes im evakuierten oder gasgefüllten Außenkolben. Dabei wird die Oberfläche des Entladungsgefäßes durch die spezifische Abstrahlungsleis- tung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz bestimmt:
Prad / A = ε * σ * T4.
Dabei ist
Prad / A: abgestrahlte Strahlungsleistung pro Oberflächeneinheit;
ε = hemisphärischer Emissionskoeffizient der abstrahlenden Oberfläche,
σ = Stefan-Boltzmann-Konstante,
T = Oberflächentemperatur .
Hierdurch wird durch einen Wärmesenkeneffekt am Ende des Entladungsgefäßes eine konzentrierte Füllungsverteilung erzeugt , die die Dampfdrücke der verwendeten Metallhalogenide im Entladungsgefäß derart bestimmt, dass ein für Keramiklampensysteme ausreichender Farbstreuungswert von typisch ≤ 75 K für größere Lampengruppen gleicher Be- triebsleistung einstellbar ist.
Bei kugeligen Entladungsgefäßen, oder solchen mit Halbkugelendformen oder konisch zulaufenden Endenformen oder elliptisch ausformten Endenformen und zylindrischem Mittenteil relativ hoher Aspektverhaltnisse IL/ID von etwa 1,5 bis 8 ergeben sich besonders gravierende Probleme. Aufgrund des schlanken Übergangs in den Bereich der Ab- dichtung, meist ein Kapillarbereich, ergeben sich teilweise unzureichende Kuhlungseffekte am Ende des Entla- dungsgefaßes und damit eine unzureichende Festlegung der Temperatur, die für eine konzentrierte Fullungsablagerung in einem engen Temperaturbereich der Innenwandung nicht ausreicht.
Erfindungsgemaß sind im wesentlichen zwei Mechanismen zur verstärkten Kühlung des Endes des Entladungsgefaßes vorgesehen. Damit ist der Übergang des Entladungsgefaßes, in dem die Bogenentladung brennt, zu den Endenformen ge- meint, die die Elektrodenstrukturen zur elektrischen bzw. elektromagnetischen Leitungseinkopplung enthalten. Dies gilt insbesondere, falls keine deutliche Vergrößerung der Wanddicke im Endenbereich gegenüber der Wanddicke des Entladungsgefaßes --bei zylindrischen Entladungsgefaßen handelt es sich typisch um einen Faktor 1,5 bis 2,5-- durch die Formgebung vorgegeben wird. Eine Anwendung dafür ist jedoch nicht ausgeschlossen.
Wesentlich ist die Vergrößerung der Oberflache durch im Ubergangsbereich an die Abdichtung angeformte flugel- bzw. flossenartige Ausformungen, bevorzugt mit longitudi- naler Ausrichtung parallel zur Achse mit mindestens drei- zahliger Symmetrie und maximal achtzahliger Symmetrie der Verteilung um dem Umfang. Insbesondere handelt es sich um Lamellen . Die flossenartigen Ausformungsbereiche können im wesentliche glatte Flachen sein oder auch oberflächlich facettiert ausgebildet sein, insbesondere können die Facettenbereiche zum übrigen Oberflachenbereich der Lamelle fla- chig abgegrenzt sein und zur Achse und zum Schwerpunkt des Entladungsgefaßes eine definierte Ausrichtung aufweisen .
Hinzu kommt u.U eine Beschichtung mit einem Material, das im Nahen Infrarot (NIR) , womit typisch ein Wellenlangen- bereich zwischen 1 und 3 μm gemeint ist, gegenüber dem Keramik-Material eine erhöhte hemispharische Emissivitat ε im Temperaturbereich zwischen 650 und 10000C aufweist. Die Beschichtung sollte vorzugsweise im Bereich des Überganges zwischen Ende des Entladungsgefaßes und Abdichtung angebracht sein. Insbesondere gilt dies für die Abdichtung auch alleine, wo die Beschichtung auch ohne Lamelle aufgebracht sein kann.
Als Beschichtungsmaterialien eignen sich hochtemperatur- feste Beschichtungen mit hemispharischen Emissionskoeffi- zienten ε bevorzugt ε ≥ 0.6. darunter fallt Graphit, Mischungen von A12O3 mit Graphit, Mischungen von A12O3 mit Carbiden der Metalle Ti, Ta, Hf, Zr, sowie von Halbmetallen wie Si. Geeignet sich auch Mischungen, die noch zusatzlich andere Metalle zur Einstellung eventuell ge- wunschter elektrischer Leitfähigkeit enthalten.
Selbstverständlich können beide Maßnahmen miteinander geeignet kombiniert werden, so dass ein Teil der Oberfla- chenabstrahlungserhohung über eine Vergrößerung der Oberflache durch Lamellen und gleichzeitig ein Teil durch die Beschichtung von Teilen dieser Lamellen oder der angrenzenden kälteren Abdichtungsbereiche erfolgt.
Insgesamt ergeben sich eine Reihe von Vorteilen bei Verwendung integraler Lamellen bei keramischen Entladungsge- fäßen:
1. Effektivere Kühlung bei gleichzeitig relativ geringer zusätzlicher Keramikmasse;
2. Verringerung des longitudinalen Wärmeflusses in die Abdichtung;
3. deutlich vergrößerte Flexibilität der Oberflächeneinstellung im Endenbereich;
4. Verringerung der Abschattungseffekte im Raumwinkelbereich der Elektrodenzuführung;
5. Einstellbarkeit effektiver lokaler Thermostatwirkung mittels relativ kleiner Oberflächenbereiche.
Diese Eigenschaften sind insbesondere für hochbelastete Formen von Entladungsgefäßen mit kleiner Gesamtoberfläche und evtl. erhöhtem Aspektverhältnis wichtig, da unter diesen Voraussetzungen eine lokale Kühlung durch Wärme- fluss über relativ große Wandquerschnittsflächen schwierig wird.
Die Gesamtmasse des Entladungsgefäßes erhöht sich durch diese art von Lamellen nur unwesentlich und bleibt damit unter einem kritischen Wert, der das Anlaufverhalten der Lampe bei der Zündung negativ beeinflussen würde. Es gibt somit einen ausgeklügelten Kompromiss zwischen guter Zündung und effektiver Kühlung. Diese Maßnahme erlaubt eine sehr hohe Farbstabilität unter der bewussten Inkaufnahme einer schlechten Isothermie. Dies geschieht in Abkehr von der bisherigen Zielsetzung möglichst guter Isothermie und erlaubt es die Zone der Kondensation der Füllung exakt zu bestimmen durch bewusste Gestaltung eines Temperaturgradienten .
Bei völligem Verzicht auf eine Beschichtung ist der Bereich der Lamellen optisch transparent bzw. zumindest transluzent. Dies sollte möglichst auch für Bereiche mit Beschichtung angestrebt werden, um dieses ziel anzunähern wird der Raumwinkel, unter dem die Bereiche mit Beschichtung vom Zentrum der Lampe aus erscheinen, möglichst minimiert. Denn die Beschichtung absorbiert Strahlung und kostet daher Effizienz. Aus diesem Grund soll die Be- Schichtung auf schräg geneigte Flächen der Lamellen aufgebracht werden, da dann vom Zentrum aus deren Raumwinkel kleiner erscheint. Insbesondere gilt dies für die Schmalseite der Lamellen. Eine Alternative ist, die Beschichtung möglichst weit hinten auf der Lamelle und/oder der Abdichtung anzubringen, da auch dadurch der effektiv abgeschattete Raumwinkel verkleinert wird, auf diese Weise kann ein optimaler Wert der Kühlung bei gleichzeitig optimaler Effizienz erzielt werden, besonders effektive Be- schichtungen sind Graphit und TiC.
Ein Steuerungsmittel der Kühlwirkung ist auch die maximale Höhe der Lamelle, insbesondere wenn sie am Entladungsgefäß ansetzt, da je nach Ansatzhöhe die Ableitung von einem anderen Temperatur-Niveau aus erfolgt.
Ein besonderer Vorteil derartiger integraler Lamellen ist, dass sie zum einen besonders effektiv kühlen, ver- glichen mit separaten Aufsätzen, und daß sie einfach herzustellen sind, wenn man moderne Fertigungsverfahren wie Spritzguss-, Schlickerguss oder rapid prototyping- Verfahren verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen :
Fig. 1 eine Hochdruckentladungslampe;
Fig. 2 ein detail der Entladungslampe aus Figur 1 ;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes;
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes;
Fig. 5 bis 10 je ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes;
Figur 11 eine schematische Darstellung der geometrischen Parameter der Lamellen;
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Metallhalogenidlampe 1. Sie besteht aus einem rohrartigen Entladungsgefäß 2 aus Keramik, in das zwei Elektroden eingeführt sind (nicht sichtbar) . Das Entladungsgefäß hat einen zentralen Teil 5 und zwei Enden 4. an den Enden sitzen zwei Abdichtungen 6, die hier als Kapillaren ausgeführt sind. Bevorzugt ist das Entladungs- gefäß und die Abdichtungen integral aus einem Material wie PCA hergestellt.
Das Entladungsgefäß 2 ist von einem Außenkolben 7 umgeben, den ein Sockel 8 abschließt. Das Entladungsgefäß 2 ist im Außenkolben mittels eines Gestells, das eine kurze und lange Stromzuführung IIa und IIb beinhaltet, gehaltert. An den Abdichtungen 6 sitzen jeweils Lamellen 10, die flossenartig sich radial nach außen erstrecken.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht des Bereichs einer Abdich- tung 6. die Lamellen 10 habe zwei Breitseiten 12 und eine
Schmalseite 13. die Lamellen sind vierzählig gleichmäßig um die Abdichtung verteilt. Auf den Schmalseiten 13, die abgeschrägt sind, sitzt eine hochemissive Schicht 14 aus
Graphit oder Carbon. Die Lamellen haben eine maximale Ho- he von etwa der halben maximalen Höhe des zentralen Teils des Entladungsgefäßes.
Figur 3 zeigt ein Entladungsgefäß 2, bei dem im linksei- tigen Ausführungsbeispiel die Lamellen 15 von etwa der maximalen Höhe des Endes des Entladungsgefäßes abzweigen und die Höhe beibehalten. Beim rechtsseitigen Ausführungsbeispiel ist die Masse der Lamelle deutlich geringer, indem die maximale Höhe der Lamelle mit zunehmender Entfernung vom Ende 4 gleichmäßig abnimmt. Diese beiden Ausführungsbeispiele verdeutlichen, dass die Form der La- melle exakt auf die aktuellen Bedürfnisse abgestimmt werden kann. Anzahl, Gesamtmasse und Länge der Lamellen können je nach dem gewünschten Grad der Kühlung optimiert werden .
Figur 4 zeigt in dem linken Ausführungsbeispiel die Mög- lichkeit, die Kühlung allein durch eine Beschichtung 16 zu bewirken, die die Abdichtung wie eine Manschette in ihrem Mittelteil vollständig umgibt. Im rechten Ausführungsbeispiel ist eine Art der Lamelle 17 gezeigt, die sich nur auf der Abdichtung selbst befindet und sich nicht weiter auf das Entladungsgefäß, das hier separat zur Kapillare ist, erstreckt. Die Lamelle ist hier kreissegmentartig geformt.
Figur 5 zeigt in dem linken Ausführungsbeispiel ein Entladungsgefäß 19 mit kurzer Abdichtung 20 und sehr kurzen Lamellen 21, wobei jedoch insgesamt acht Lamellen verwendet werden. Figur 5 zeigt ferner in dem rechten Ausführungsbeispiel ein Anordnung, bei der zu diesen Lamellen zusätzlich eine rotationssymmetrische Beschichtung 22 nach den Lamellen verwendet wird.
Weitere Ausführungsbeispiele sind solche mit höherer Zäh- ligkeit als 8, vornehmlich bis zu 16. Dabei muss die Anzahl der Finnen nicht geradzahlig sein, sie kann auch ungeradzahlig sein, beispielsweise fünf Finnen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, dass unterschiedlich gestaltete Gruppen von Lamellen verwendet werden, beispielsweise zwei Gruppen an einer Abdichtung, deren Breite und Höhe verschieden ist und die abwechseln.
Jede Lamelle oder Finne besitzt eine gegebene maximale Höhe, die sich radial zur Achse des Entladungsgefäßes er- streckt, und eine maximale Länge, die sich axial erstreckt, sowie eine maximale Breite. Alle drei Größen können einen konstanten Wert besitzen, meist variieren sie jedoch so, dass sie den Bedürfnissen optimal ange- passt sind. Die Länge L der Finne oder Lamelle kann von einem Bruchteil der Gesamtlänge GL des Entladungsgefäßes einschließlich der Länge der Abdichtungen selbst, insbesondere von mindestens einem Zwanzigstel, bis zur halben Gesamtlänge reichen. Also gilt 1/20 GL < L < 0,5 GL. Im Falle, dass gilt L = 0,5 GL, erstreckt sich dann die Finne und ihr Gegenstück am anderen Ende zusammen effektiv über das gesamte Entladungsgefäß.
Die Höhe H der Finne oder Lamelle kann von einem Bruch- teil, insbesondere einem Zehntel, der Differenz DF zwischen dem halben maximalen Außendurchmesser des Entladungsgefäßes und dem halben Durchmesser der Kapillare bis zum Doppelten, insbesondere dem 1,4-fachen, besonders bevorzugt bis zum Einfachen, dieser Differenz DF reichen. Also gilt 1/10 DF < H < 2 DF. Bevorzugt gilt 1/5 DF < H < 1,4 DF. Die Finnen können auch gestuft sein, das heißt, dass ihre Höhe H entlang der Länge L in Schritten variiert .
Die Breite B der Finne ist häufig konstant und bewegt sich meist im Bereich 0,2 bis 1,5 mm. Eine zweite bevorzugte Ausführungsform ist eine radial nach außen abnehmende Breite. Möglich ist auch eine nach außen zunehmende Breite, wobei insbesondere die Bogenlänge BL der Breite B konstant bleibt. Eine typische Bogenlänge BL ist 1/10 des Umfangs U der Abdichtung bis herab zu 1/50 U. Also gilt hier 1/50 < BL/U < 1/10. Eine andere Form der Breite der Finne ist dreieckig oder insbesondere trapezförmig, im Querschnitt gesehen.
Je länger die Finnen sind, desto geringer kann die Wandstärke des Entladungsgefäßes oder auch der Kapillare gewählt werden. Wenn die Finnen über die gesamte axiale Länge der Abdichtung, meist eine Kapillare, gezogen werden, wird dadurch die Oberfläche der Abdichtung stark vergrößert. Vergleicht man ein unstrukturiertes Rohr als Abdichtung mit einem mit Finnen versehnen Rohr gleichen Außendurchmessers, so wird der Wärmefluss zu den Enden hin durch den verringerten Querschnitt reduziert.
Figur 6 zeigt ein Entladungsgefäß 25 mit Lamellen 26, bei denen sich die Höhe H kontinuierlich vom Wert null nach innen bis zu einem Maximum von etwa H = 0,5 DF ändert.
Figur 7 zeigt ein Entladungsgefäß 25 mit gestuften Lamellen 27, so dass sich die Höhe H der Lamelle sprunghaft ändert. Außerdem ist hier die Definition der Gesamtlänge GL dargestellt.
Figur 8 zeigt ein zylindrisches Entladungsgefäß 30 mit gestuften Lamellen 26, bei dem die Lamellen sich über die gesamte Länge der Abdichtung ausdehnen. Ein niedriger Teil 26a der Lamellen ist bis zum Ende des Entladungsgefäßes gezogen, wobei die Höhe der Lamellen in zwei Stufen weiter zunimmt. Teil 26b hat etwa 50 % der Höhe entsprechend dem Durchmesser des Entladungsgefäßes und Teil 26c hat 100 % der Höhe des Durchmessers des Entladungsgefäßes.
Figur 9 zeigt ein zylindrisches Entladungsgefäß 30, bei dem die gesamte Länge des Entladungsgefäßes mit Lamellen 35 überzogen ist.
Figur 10 zeigt eine Darstellung des Endes 36 eines Entladungsgefäßes, das von einem separaten Stopfen 37 verschlossen ist. Die Lamelle 38 hat hier die Form einer Flosse, die knapp hinter der Linie PL ansetzt und sich dann etwa bis zum Ansatz des Endrohrs 39 erstreckt. Kleine Lamellen 40 sind zusätzlich auf dem Stopfen 37 angeordnet .
Zugleich ist an dieser Figur der Begriff Projektionslinie PL an der Spitze der Elektrode 41 erläutert. Das Wesen der Erfindung liegt darin, dass mindestens auf einem Ende des Entladungsgefäßes flossenartige Lamellen wie hier als 38 gezeigt sitzen, die sich in ihrer Höhe H radial nach außen erstrecken, wobei die Oberfläche der Lamellen insgesamt überwiegend in einem Bereich angeordnet ist, der entladungsabgewandt hinter einer Linie liegt, die durch die Projektion der Spitze der Elektrode auf die innere Oberfläche des Entladungsgefäßes festgelegt wird. Bevorzugt ist dieser Anteil mindestens zwei Drittel. Er kann aber bis zu 100 % betragen. Die Finne kann sich dabei nur zwischen der Projektionslinie PL und dem Ansatz AA der Abdichtung erstrecken, wo sie die höchste Wirkung entfaltet, oder sich noch weiter nach hinten auf einen Teil oder die gesamte Länge der Abdichtung erstrecken. Sie kann aber auch nur im Bereich der Abdichtung angesiedelt sein. Die gestrichelten Linien zeigen mögliche Ausführungsbeispiele der Flosse.
Figur 11 zeigt ein Schema für die Erläuterung der Begrif- fe der Höhe H, Breite B und Länge L der Lamellen. Im Falle variabler Größe der Dimensionen H, B und L ist jeweils eine maximale Höhe, Breite bzw. Länge gemeint.

Claims

Ansprüche
1. Hochdruckentladungslampe mit einem keramischen Entladungsgefäß mit einem zentralen Teil und zwei Enden, die durch zwei Abdichtungen verschlossen ist, wobei Elektroden in den Abdichtungen verankert sind, die sich in das vom Entladungsgefäß umhüllte Entladungsvolumen erstrecken, wobei eine Füllung, die Metalle und/oder Metallhalogenide enthält, im Entladungsvolumen untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens auf einem Ende flossenartige Lamellen sitzen, die sich in ihrer Höhe H radial nach außen erstrecken, wobei die Oberfläche der Lamellen insgesamt überwiegend in einem Bereich angeordnet ist, der entladungsabgewandt hinter einer Linie liegt, die durch die Projektion der Spitze der Elektrode auf die innere Oberfläche des Entladungs- gefäßes festgelegt wird.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Anordnung der Lamellen rotationssymmetrisch zueinander ist, insbesondere mit einer drei- bis achtzähligen Symmetrie.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Lamellen im wesentlichen gleichartig oder in Gruppen gleichartig ist.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Entladungsgefäß ein Aspektver- hältnis von 1,5 bis 8 besitzt.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Wandstärke der Lamellen in etwa der Wandstärke des zentralen Teils des Entladungsgefäßes entspricht, und zwar insbesondere höchstens 50 % davon abweicht.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Abdichtungen als Kapillaren ausgeführt sind.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lamellen auf einem Teil der Abdichtungen sitzen, der den Enden benachbart ist.
8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen an den Enden ansetzen, und insbesondere den gleichen maximalen Durchmesser wie die Enden haben.
9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lamellen zwei Breitseiten und eine Schmalseite haben, wobei die Schmalseite radial außen liegt.
10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseite abgeschrägt ist und insbesondere mit einer Beschichtung versehen ist.
11. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Teil der Abdichtung, insbesondere ein Teil der Lamelle, mit einer Beschichtung hoher Emissivität bedeckt ist.
12. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lamelle durch mindestens eine Kante abgegrenzte Teilflächen unterschiedlicher Höhe H besitzen und mindestens eine dieser Teilflächen mit einer Beschichtung versehen ist.
13. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens eine Lamelle eine maximale Höhe H, eine maximale Breite B und eine maximale Länge L besitzt, wobei jede dieser Größen konstant oder variabel zu kleineren Werten hin sein kann.
14. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Entladungsgefäß bauchig geformt ist, so daß der Durchmesser des Entladungsgefäßes sich zu den Enden hin verkleinert.
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