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.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados están resumidos en la siguiente
tabla:
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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