ES2315339T3 - Lampara de descarga y bulbo externo para la misma. - Google Patents

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Abstract

Lámpara (10) de descarga con - un recipiente (16) de descarga cerrado para generar una descarga eléctrica - y una envoltura (20) de vidrio (20) que rodea el recipiente (16) de descarga, - estando dopado el material de vidrio de la envoltura (20) con sodio en una concentración de al menos 10 ppm con respecto al peso, caracterizada porque - el material de vidrio de la envoltura (20) además de sodio contiene otros metales alcalinos en una concentración de en total como máximo 25 ppm con respecto al peso.

Description

Lámpara de descarga y bulbo externo para la misma.
La invención se refiere a una lámpara de descarga y a un bulbo externo para una lámpara de descarga.
Las lámparas de descarga generan luz al generar en un recipiente de descarga cerrado, habitualmente un volumen pequeño rodeado por una camisa de vidrio, una descarga eléctrica. Para ello el recipiente de descarga está relleno de un gas que contiene metales emisores de luz, especialmente sodio. Al aplicar una tensión eléctrica, habitualmente en dos electrodos, se excita una descarga que emite una luz intensa.
Se conoce rodear los recipientes de descarga de lámparas de descarga de este tipo con una envoltura adicional a partir de vidrio. Por ejemplo en el caso de lámparas de descarga para faros de automóvil el propio recipiente de descarga generalmente de forma oval se rodea con frecuencia por un bulbo externo, por ejemplo un tubito de vidrio cilíndrico. Las paredes internas del tubito de vidrio son con frecuencia muy estrechas, de modo que la distancia con respecto al recipiente de descarga es en parte muy reducida (por ejemplo desde 0,2 mm hasta 1 mm). En parte puede producirse también un contacto de recipiente de descarga con bulbo externo. Con frecuencia el bulbo externo está unido de manera fija con elementos de sujeción del recipiente de descarga. Dentro del bulbo externo se encuentra un volumen de gas que habitualmente está relleno de aire.
La función de la envoltura (bulbo externo) alrededor del recipiente de descarga consiste por un lado en un alivio térmico del recipiente de descarga. El recipiente de descarga alcanza en funcionamiento temperaturas elevadas. Mediante la formación de una zona de temperatura elevada en el interior del bulbo externo no se producen en la zona del recipiente de descarga diferencias de temperatura tan elevadas, tal como aparecerían sin envoltura. Otra función del bulbo externo es con frecuencia la separación por filtración de radiación UV de la luz de la lámpara de descarga. Para ello se conoce dopar el material de vidrio de la envoltura con diferentes materiales para mejorar la absorción de UV.
En el documento US-A-5541471 se describe una lámpara de descarga que también es adecuada como iluminación para un automóvil en la que una envoltura que rodea el recipiente de descarga está compuesta por un vidrio de cuarzo que está dopado con los elementos cerio, titanio, europio y aluminio, de modo que presenta una buena permeabilidad para luz del espectro visible pero absorbe luz ultravioleta. La envoltura en forma de un bulbo de vidrio rodea a este respecto el recipiente de descarga.
El documento EP-A-558270 describe igualmente lámparas con una envoltura de vidrio de cuarzo. Arena de cuarzo de alta pureza se dopa con TiO_{2} y CeO_{2} para conseguir una mejor absorción de luz UV. La arena de cuarzo utilizada contiene como impurezas diferentes elementos, entre ellos los metales alcalinos K y Li en 0,5 ppm y Na en 0,6 ppm.
Por otro lado se conoce también dopar el vidrio de la envoltura para influir en las propiedades de procesamiento. En el documento EP-A-0601391 se describe un vidrio de cuarzo dopado y su uso como cuerpo envolvente para lámparas. El vidrio de cuarzo contiene además de SiO_{2} de alta pureza sobre todo óxidos alcalinotérreos y óxido de boro para disminuir la viscosidad del vidrio. Debido a la tendencia de los óxidos alcalinos a evaporarse a temperatura elevada se propone añadir los mismos sólo en cantidades reducidas, preferiblemente prescindir completamente de ellos.
En el funcionamiento de lámparas de descarga ha resultado problemático que las propiedades de la lámpara no son constantes a lo largo de la duración de funcionamiento. Así a medida que aumenta la duración de funcionamiento disminuye la cantidad de luz emitida por la lámpara. También pueden observarse desplazamientos de color.
El documento EP-A-0583122 muestra una lámpara de descarga de gas con un bulbo de vidrio externo y un recipiente de descarga. Como causa para la alteración de las propiedades de la lámpara a lo largo de la vida útil, especialmente un desplazamiento del color, se indica la difusión de sodio de la atmósfera del recipiente de descarga. Para hacer frente a este problema de la difusión de iones se aplica en el lado interno del recipiente de descarga fabricado de vidrio una capa de silicato metálico.
El documento US-A-5631522 describe una lámpara de descarga de gas con un recipiente de descarga. Para evitar la difusión de sodio del recipiente de descarga se propone una composición especial para el vidrio del recipiente de descarga, concretamente vidrio de cuarzo de alta pureza u óxido de silicio sintético dopado con en cada caso de desde 20 hasta 1000 ppm de itrio o cesio, preferiblemente en combinación con óxido de aluminio. Se indica que la existencia de metales alcalinos en el vidrio del recipiente de descarga favorece la difusión.
En el documento US-A-3563772 se describe un material de vidrio para un recipiente de descarga de una lámpara de vapor de sodio que puede resistir a la influencia de vapor de sodio hasta 600ºC. El material contiene según diferentes formulaciones un porcentaje de SiO_{2} del 14 - 43% y por lo demás como componentes adicionales entre otras cosas CaO, BaO, BeO, MgO, Li_{2}O, Na_{2}O en una cantidad total molar del 42 - 52,5%.
En el documento US-A-6118216 se describe una lámpara de descarga. En un recipiente de descarga se genera una descarga eléctrica. El recipiente de descarga está rodeado por una envoltura externa. El material de la envoltura es vidrio de borosilicato absorbente de UV. Además de diversos otros componentes contiene además de SiO_{2} del 2-5% en peso de Na_{2}O, del 1,3-4% en peso de K_{2}O y del 0-0,3% en peso de Li_{2}O. Este material de vidrio se compara con diferentes otros vidrios de borosilicato con porcentaje de SiO_{2} del 74,0-76,1% en peso y un porcentaje de Na_{2}O del 2,9 - 3,9% con respecto al cierre de obturación de material de wolframio, las propiedades térmicas y mecánicas así como la absorción de UV.
En el documento EP-A-964431 se describe igualmente una lámpara de descarga con un recipiente de descarga y un bulbo externo. El material del bulbo externo comprende del 90-99,88% en peso de SiO_{2}. Como otros componentes se indican metales alcalinos y metales alcalinotérreos. Éstos deben estar presentes en una concentración de manera especialmente preferida inferior al 0,03% en peso.
Es el objetivo de la invención indicar una lámpara de descarga con un bulbo externo, teniendo la lámpara propiedades lo más estables posible a lo largo de su vida útil.
El objetivo se soluciona mediante una lámpara de descarga según la reivindicación 1 y una lámpara de descarga según la reivindicación 2. Las reivindicaciones dependientes se refieren a formas de realización ventajosas de la invención.
Sorprendentemente ha resultado que puede influirse de manera decisiva en la alteración de las propiedades a lo largo de un periodo de funcionamiento largo de por ejemplo dos mil horas de duración de alumbrado mediante la selección adecuada del material de la envoltura que rodea el recipiente de descarga. Esto es sorprendente sobre todo porque esta envoltura, en lo sucesivo también denominada bulbo externo, no tiene un contacto directo con la propia descarga. Por tanto es una ventaja de la invención que en el propio recipiente de descarga no es necesario un tratamiento complejo, por ejemplo la aplicación de capas barrera. El recipiente de descarga puede optimizarse según el resto de las especificaciones sin tener en cuenta por separado el problema de la difusión de iones de Na. Preferiblemente la envoltura está dispuesta con una distancia con respecto al recipiente de descarga, quedando entre el recipiente de descarga y la envoltura un volumen. Este volumen puede estar cerrado. Preferiblemente está relleno de aire.
Según la invención el material de vidrio de la envoltura está dopado con una cantidad reducida de sodio. Se parte de que en funcionamiento tiene lugar a este respecto la siguiente reacción: como el propio recipiente de descarga, la envoltura también se vuelve muy caliente, especialmente en el caso de bulbos externos estrechos. La temperatura puede aumentar a este respecto a más de 650ºC. A este respecto se produce una difusión del Na del material de la envoltura, de modo que éste se encuentra en el volumen entre el recipiente de descarga y la envoltura. Esta concentración contrarresta la difusión de iones de sodio del recipiente de descarga.
Según la invención debe estar presente sodio en una concentración de al menos 10 ppm con respecto al peso en el material de vidrio de la envoltura. Un límite superior para el contenido en Na se preestablece por las propiedades requeridas del vidrio, especialmente su capacidad de procesamiento y estabilidad respecto a la temperatura. Según la reivindicación 2 se selecciona para lámparas, en las que el bulbo externo (debido a la temperatura elevada del recipiente de descarga y la distancia reducida) se caliente hasta por encima de 650ºC, un contenido en Na inferior a 3000 ppm, preferiblemente inferior a 2000 ppm. Especialmente se prefiere una concentración de al menos 30 ppm.
Según la reivindicación 1 está previsto que el material de la envoltura contenga otros metales alcalinos (además de sodio) sólo en una concentración muy reducida. La suma de los metales alcalinos (además de sodio) debe ascender como máximo a 25 ppm, de manera especialmente preferida incluso a menos de 15 ppm. Según la reivindicación 2 la concentración de potasio asciende como máximo a 10 ppm, preferiblemente incluso a menos de 6 ppm.
El motivo para ello es el papel que supuestamente desempeñan los metales alcalinos, especialmente potasio, en la difusión de los iones de Na del recipiente de descarga. Estos metales alcalinos pueden evaporarse igualmente a la temperatura elevada de la envoltura en el funcionamiento y en la superficie del bulbo interno sustituirse por átomos de Na. Así se favorece la difusión de iones de Na.
A continuación se describe más en detalle una forma de realización de la invención mediante un dibujo. A este respecto muestra
la figura 1 una vista lateral de una forma de realización de una lámpara de descarga según la invención.
En la figura 1 se representa una lámpara 10 de descarga en una vista lateral. La lámpara 10 de descarga comprende un casquillo 12 y un quemador 14. El quemador 14 comprende un recipiente 16 de descarga, líneas 18 de alimentación y un bulbo 20 externo.
El recipiente 16 de descarga y las líneas 18 de alimentación están configurados como cuerpo de vidrio de una sola pieza. En las líneas 18 de alimentación están dispuestos conductores eléctricos que están unidos con electrodos 22 en el volumen interior del recipiente 16 de descarga. Mediante la aplicación de una tensión en las conexiones 24 que están unidas con los electrodos 22 puede generarse una descarga de gas en el interior del recipiente 16 de descarga.
Alrededor del recipiente 16 de descarga está dispuesto el bulbo 20 externo como envoltura de vidrio cerrada. En ambos extremos (en la figura 1 sólo puede verse el extremo anterior del bulbo 20 externo) el bulbo 20 externo de material de vidrio se enrolla en el estado ablandado hacia las líneas 18 de alimentación, de modo que se forma un volumen 26 cerrado entre bulbo 20 externo y recipiente 16 de descarga. Este volumen está relleno de aire.
La lámpara 10 de descarga de la figura 1 tiene una longitud aproximadamente de 8 cm. La longitud del quemador asciende aproximadamente a 5 cm. El recipiente 16 de descarga oval tiene un diámetro máximo aproximado de 6 mm. El diámetro interno del bulbo 20 externo asciende aproximadamente a 7 mm, de modo que el recipiente 16 de descarga no entra en contacto con el bulbo 20 externo, sino que sólo está unido de manera mecánicamente fija con el mismo a través de las líneas 18 de alimentación.
En el interior del recipiente de descarga se encuentra un relleno de gas especial que contiene sustancias (sales) luminiscentes, tales como por ejemplo halogenuros de álcali (NaJ, NaBr). La composición del relleno determina tanto el rendimiento luminoso como también el lugar del color en el diagrama cromático de la descarga.
En funcionamiento la lámpara 10 genera una luz clara mediante una descarga de gas entre los electrodos 22. A este respecto se ajusta una temperatura de funcionamiento elevada. Especialmente el material de vidrio del recipiente 16 de descarga se calienta hasta por encima de 1000ºC. También el bulbo 20 externo se calienta hasta por encima de 650ºC.
La estructura de la lámpara descrita ha de entenderse a modo de ejemplo. El experto en la técnica conoce además del tipo representado una pluralidad de configuraciones adicionales de lámparas de descarga. La particularidad de la lámpara representada consiste en el material de la envoltura que rodea el recipiente 16 de descarga que en este caso está configurada como bulbo 20 externo.
El bulbo 20 externo está fabricado de un material de vidrio especial. Se trata de vidrio de cuarzo con determinados aditivos.
A este respecto se realizaron ensayos en los que se compararon las propiedades de lámparas con bulbos externos de diferentes materiales de vidrio a lo largo de la vida útil de las lámparas. Se compararon la modificación del lugar del color en el diagrama cromático y de la cantidad de luz en condiciones por lo demás constantes tras 15 horas ó 2000 horas de duración de alumbrado.
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Los resultados están resumidos en la siguiente tabla:
1
Se vuelve evidente que en el caso del material B, un vidrio de cuarzo a partir de SiO_{2} de alta pureza dopado con los metales alcalinos indicados, se observa una modificación claramente inferior de las propiedades de la lámpara a lo largo de la vida útil. Tanto la pérdida de cantidad de luz como también el desplazamiento del lugar del color en el diagrama cromático son considerablemente inferiores en el caso del material B en comparación con el material A. Esto se debe al contenido reducido en metales alcalinos (además de Na), especialmente potasio, así como el dopado del material del bulbo 20 externo con una cantidad reducida (en este caso: 65 ppm) de sodio que contrarrestan la difusión de iones de Na del interior del recipiente de descarga.
Debido a la estabilidad aumentada de la cantidad de luz así como la migración del lugar del color en el diagrama cromático emitida se garantiza considerablemente mejor la posibilidad de intercambiar lámparas entre sí (por ejemplo en el caso de una sustitución parcial de una lámpara tras un accidente) en comparación con las lámparas convencionales (material A).
El experto en la técnica conoce suficientemente los procedimientos para la fabricación de materiales de vidrio con las concentraciones correspondientes de sustancias dopantes. Materiales de vidrio dopados de manera correspondiente (por ejemplo Corning Vycor) están disponibles además en el mercado.
Mediante el dopado con potasio reducido en el caso del material B en comparación con el material A se da además la ventaja de que el material del bulbo externo es más duro. De este modo no se produce tan fácilmente una cristalización no deseada en la adición de impurezas en el bulbo externo o en el contacto del bulbo 20 externo con el recipiente 16 de descarga.
La invención puede resumirse en el sentido en que se presenta una lámpara de descarga con un recipiente de descarga cerrado para generar una descarga eléctrica y una envoltura de vidrio que rodea el recipiente de vidrio. Para conseguir propiedades lo más constantes posible a lo largo de la vida útil de la lámpara se propone que el material de vidrio de la envoltura esté dopado con sodio en una concentración de al menos 10 ppm, preferiblemente al menos 30 ppm. Según un perfeccionamiento se propone que estén contenidos otros metales alcalinos (además de sodio) en una concentración de como máximo 25 ppm. Sorprendentemente mediante la selección correspondiente del bulbo externo que no está directamente en contacto con la propia descarga se reduce la difusión de sodio del recipiente de descarga. Además el material del bulbo externo tiene una menor tendencia a la cristalización.

Claims (3)

1. Lámpara (10) de descarga con
- un recipiente (16) de descarga cerrado para generar una descarga eléctrica
- y una envoltura (20) de vidrio (20) que rodea el recipiente (16) de descarga,
- estando dopado el material de vidrio de la envoltura (20) con sodio en una concentración de al menos 10 ppm con respecto al peso,
caracterizada porque
- el material de vidrio de la envoltura (20) además de sodio contiene otros metales alcalinos en una concentración de en total como máximo 25 ppm con respecto al peso.
2. Lámpara (10) de descarga con
- un recipiente (16) de descarga cerrado para generar una descarga eléctrica
- y una envoltura (20) de vidrio que rodea el recipiente (16) de descarga,
caracterizada porque
- en funcionamiento en la envoltura (20) se ajusta una temperatura de más de 650ºC,
- el material de vidrio de la envoltura (20) está dopado con sodio en una concentración de desde 10 hasta 3000 ppm con respecto al peso,
- y el material de vidrio de la envoltura (20) contiene potasio en una concentración de como máximo 10 ppm con respecto al peso.
3. Lámpara de descarga según una de las reivindicaciones anteriores, en la que
- el material de vidrio de la envoltura (20) contiene sodio en una concentración de al menos 30 ppm con respecto al peso.
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