WO2007063053A1 - High-pressure discharge lamp with improved starting ability - Google Patents

High-pressure discharge lamp with improved starting ability Download PDF

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Dirk Grundmann
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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 for automotive lighting or for photo-optical purposes.
  • the US-A 5,017,839 discloses a high pressure discharge lamp in which the piston of the discharge vessel, metal halides and xenon gas is filled under high pressure with mercury ⁇ silver (Hg).
  • Hg mercury ⁇ silver
  • Such lamps are particularly suitable for automotive lighting, or for photo-optical purposes.
  • One problem is the ignitability of these lamps, especially the hot re-ignition. This is to be remedied by expensive measures, for example, suitable electronic ballasts.
  • high voltages are required for the generation of the spark.
  • the ignition voltage is the voltage required to reach the electrical breakdown in the discharge vessel.
  • the object of the present invention is to provide a high-pressure discharge lamp whose ignition behavior is significantly improved compared to previous lamps.
  • a coating on the inner wall of the discharge vessel which consists of a material which is inert with respect to the filling, in particular a cyclic process in the filling.
  • This may be an inert metal, notably a noble metal such as gold or platinum, or an inert compound which is similarly conductive, inert and resistant to high temperatures as these Materials is.
  • the layer thickness is so low that no appreciable absorption of the emitted radiation occurs.
  • the chemical element or the compound can be introduced for example as a coating on the electrodes or as part of the filling in the inner volume or applied as a coating of the starting material for the discharge vessel, for example a tubular blank inside the wall.
  • the amount of introduced Ele ⁇ ments or the connection has to be chosen such that the effect of improving the ignition voltage ranges ER is, however, at the same time, the coating does not affect the optical properties of the lamp.
  • Coating can be uniformly thin, usually with a layer thickness well below 1 .mu.m, preferably below 100 nm, applied to the inner wall.
  • ge ⁇ nügt already a layer that is inhomogeneous or even consists of only spots or islands whose distance is small enough to pass around the creepage.
  • each conventional glass can be USAGE ⁇ det, ie in particular hard glass, Vycor glass or quartz ⁇ . Also the choice of the filling is not subject to special limitations thereof.
  • Fig. 2 is a completed discharge lamp.
  • Figure 1 shows a not yet sealed discharge lamp ⁇ 1. It consists of a tubular discharge vessel 2 of quartz glass or hard glass, lektroden in the two E are introduced. 3 The two ends 4 of the discharge vessel with the sealing areas are still open. It does not matter how the discharge vessel is sealed, either with a bruise or ei ⁇ ner seal. At the heads of the electrodes, in each case a thin layer 5 of the later coating material is applied by a galvanic process. Later, during the crushing process or even during commissioning, for the most part, this coating evaporates and settles on the inner wall.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a finished lamp after the crushing process or preferably after the lamp has been switched on for the first time.
  • the gold coating 6 is now more or less homogeneously deposited on the inner wall of the discharge vessel 2.
  • the tungsten electrodes 3 are now at least predominantly free of the coating material.
  • the electrodes 3 are sealed by a pinch 9.
  • the gold plating of the electrode tips extends over a length of about 2 mm, and a current of several mA, for example 5 mA, applied over several minutes to apply the coating.
  • the gold evaporates and forms an inner coating, which leads to an improvement in the ignitability of the lamp (reduction of the ignition voltage and / or reduction in the width of the ignition voltage distribution).
  • a surface discharge from one electrode forms over the inner wall to the second electrode.

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Abstract

A coating (6) consisting of inert material is applied to the inner wall of the discharge vessel (2). The layer thickness is so low that no absorption of the emitted radiation occurs.

Description

Hochdruckentladungslampe mit verbesserter ZündfähigkeitHigh pressure discharge lamp with improved ignitability
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen für Automobilbeleuchtung oder für fotooptische Zwecke.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 for automotive lighting or for photo-optical purposes.
Stand der TechnikState of the art
Die US-A 5 017 839 offenbart eine Hochdruckentladungslampe, bei der der Kolben des Entladungsgefäßes mit Queck¬ silber (Hg) , Metallhalogeniden und Xenongas unter hohem Druck gefüllt ist. Derartige Lampen eignen sich besonders für die Automobilbeleuchtung, oder auch für fotooptische Zwecke. Ein Problem ist aber die Zündunwilligkeit dieser Lampen, insbesondere die Heißwiederzündung. Dies wird durch aufwendige Maßnahmen, beispielsweise geeignete E- lektronische Vorschaltgeräte versucht, zu beheben. Dabei werden für die Erzeugung des Zündfunkens hohe Spannungen benötigt. Insbesonderere bei Verwendung von Hg-freien Füllungen treten im Vergleich zu Hg-haltigen Lampen noch höhere Zündspannungen auf. Die Zündspannung ist die Spannung, die zum Erreichen des elektrischen Durchbruchs im Entladungsgefäß benötigt wird. Durch die höhere Spannung werden mehr Zündimpulse bis zur Zündung benötigt und auch die Wahrscheinlichkeit für eine fehlgeschalgene Zündung bzw. für Schädigungen der Lampe, seien es Isolationsprobleme oder ein Durchbruch im Sockel, steigt stark an. Bisher gibt es zwei Lösungsansätze zur Verbesserung der Zündfähigkeit: erstens das Aufbringen einer Zündhilfsbeschichtung außen auf das Entladungsgefäß, beispielsweise aus SnO2 oder InO, ähnlich wie in GB 1476160 beschrieben; Zweitens die Erhöhung der maximalen Zündimpulsspannung der verwendeten Zündgeräte. Während die erste Maßnahme ein aufwendiges Verfahren ist, müssen bei der zweiten Maßnahme gleichzeitig Massnahmen zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit aller spannungsführenden Teile vom Zündgerät bis zum Entladungsgefäß getroffen werden, dies ist aufgrund von Dimensionsbeschränkungen nur bedingt möglich, außerdem ergeben sich Kostennachteile durch größere Isolation und aufwendigere Zündgeräte .The US-A 5,017,839 discloses a high pressure discharge lamp in which the piston of the discharge vessel, metal halides and xenon gas is filled under high pressure with mercury ¬ silver (Hg). Such lamps are particularly suitable for automotive lighting, or for photo-optical purposes. One problem is the ignitability of these lamps, especially the hot re-ignition. This is to be remedied by expensive measures, for example, suitable electronic ballasts. In this case, high voltages are required for the generation of the spark. In particular, when using Hg-free fillings occur in comparison to Hg-containing lamps even higher ignition voltages. The ignition voltage is the voltage required to reach the electrical breakdown in the discharge vessel. Due to the higher voltage, more ignition pulses are required until ignition, and the probability of faulty ignition or damage to the lamp, be it insulation problems or a breakthrough in the base, rises sharply. So far, there are two approaches to improving ignitability: first, applying a primer coating to the outside of the discharge vessel, such as SnO2 or InO, similar to that described in GB 1476160; Second, the increase in the maximum ignition pulse voltage of the ignitors used. While the first measure is a complex process, measures must be taken at the same time to increase the dielectric strength of all live parts from the ignitor to the discharge vessel, this is due to dimensional limitations only partially possible, also there are cost disadvantages due to greater insulation and more expensive ignitors ,
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, deren Zündverhalten gegenüber bisherigen Lampen deutlich verbessert ist.The object of the present invention is to provide a high-pressure discharge lamp whose ignition behavior is significantly improved compared to previous lamps.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merk¬ male des Anspruchs 1.This object is solved by the characterizing features ¬ times of claim 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird eine Beschichtung auf der Innenwand des Entladungsgefäßes verwendet, die aus einem gegenüber der Füllung, insbesondere einem Kreisprozess in der Fül- lung, inerten Material besteht. Dabei kann es sich um ein inertes Metall, vornehmlich ein Edelmetall wie Gold oder Platin, oder eine inerte Verbindung handeln, die ähnlich gut leitend, inert und hochtemperaturbeständig wie diese Materialien ist. Die Schichtdicke ist so gering, dass keine nennenswerte Absorption der emittierten Strahlung auftritt .According to the invention, a coating on the inner wall of the discharge vessel is used which consists of a material which is inert with respect to the filling, in particular a cyclic process in the filling. This may be an inert metal, notably a noble metal such as gold or platinum, or an inert compound which is similarly conductive, inert and resistant to high temperatures as these Materials is. The layer thickness is so low that no appreciable absorption of the emitted radiation occurs.
Durch Einbringen eines derartigen chemischen Elements o- der einer Verbindung in das Innenvolumen des Entladungsgefäßes und dessen Abscheiden an der Innenwand des Entla¬ dungsgefäßes wird die Oberflächeneigenschaft der Innen¬ wand und die Verteilung des elektrischen Feldes im Entla¬ dungsgefäß derart beeinflusst, dass die Zündung im Entla- dungsgefäß bereits bei einer deutlich erniedrigten Spannung erfolgt bzw. dass die statistische Verteilungsbreite der Zündspannung kleiner wird und/oder einen niedrigeren Mittelwert der Zündspannung aufweist. Durch geeignete Wahl der Beschichtung, insbesondere Gold oder Platin, kann eine Erhöhung der Langzeitbeständigkeit erreicht werden, da sich bestimmte Elemente bzw. Verbindungen wie das im Ausführungsbeispiel gewählte Gold relativ inert verhalten. Das heißt, dass zumindest ihre Reaktionsge¬ schwindigkeit so niedrig ist, dass die Zündwilligkeit ü- ber die Lebensdauer der Lampe nicht nennenswert darunter leidet .Of a compound into the interior volume of the discharge vessel and its deposition o- by introduction of such a chemical element to the inner wall of the Entla ¬-making vessel is overcame the surface property of the inner ¬ and the distribution of the electric field in the discharge vessel so influenced that the ignition in the Discharge vessel already takes place at a significantly reduced voltage or that the statistical distribution width of the ignition voltage is smaller and / or has a lower mean value of the ignition voltage. By suitable choice of the coating, in particular gold or platinum, an increase in the long-term stability can be achieved since certain elements or compounds, such as the gold selected in the exemplary embodiment, behave relatively inert. This means that at least their Reaktionsge ¬ speed is so low that the ignition Ü over the life of the lamp does not significantly suffer.
Das chemische Element oder die Verbindung kann z.B. als Beschichtung auf den Elektroden oder als Bestandteil der Füllung in das Innenvolumen eingebracht werden oder als Beschichtung des Vormaterials für das Entladungsgefäß, beispielsweise eines rohrförmigen Rohlings innen auf die Wand aufgebracht werden. Die Menge des eingebrachten Ele¬ ments bzw. der Verbindung muss dabei so gewählt werden, dass der Effekt der Verbesserung der Zündspannung er- reicht wird, jedoch gleichzeitig die Beschichtung nicht die optischen Eigenschaften der Lampe beeinträchtigt. Die -A-The chemical element or the compound can be introduced for example as a coating on the electrodes or as part of the filling in the inner volume or applied as a coating of the starting material for the discharge vessel, for example a tubular blank inside the wall. The amount of introduced Ele ¬ ments or the connection has to be chosen such that the effect of improving the ignition voltage ranges ER is, however, at the same time, the coating does not affect the optical properties of the lamp. The -A-
Beschichtung kann dabei gleichmäßig dünn, in aller Regel mit einer Schichtdicke deutlich unter 1 μm, bevorzugt unter 100 nm, auf die Innenwand aufgebracht werden. Es ge¬ nügt jedoch schon eine Schicht, die inhomogen ist oder sogar nur aus Flecken oder Inseln besteht, deren Abstand ausreichend klein ist um den Gleitfunken weiterzuleiten.Coating can be uniformly thin, usually with a layer thickness well below 1 .mu.m, preferably below 100 nm, applied to the inner wall. However ge ¬ nügt already a layer that is inhomogeneous or even consists of only spots or islands whose distance is small enough to pass around the creepage.
Als Material des Kolbens kann jedes übliche Glas verwen¬ det werden, also insbesondere Hartglas, Vycor oder Quarz¬ glas. Auch die Wahl der Füllung unterliegt keiner beson- deren Einschränkung.As the material of the piston of each conventional glass can be USAGE ¬ det, ie in particular hard glass, Vycor glass or quartz ¬. Also the choice of the filling is not subject to special limitations thereof.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zei¬ gen :In the following, the invention will be explained in more detail with reference to several embodiments. In the figures ¬ gen:
Fig. 1 eine Hochdruckentladungslampe vor dem Quetschpro- zess;1 shows a high-pressure discharge lamp before the crimping process;
Fig. 2 eine fertiggestellte Entladungslampe.Fig. 2 is a completed discharge lamp.
Bevorzugte Ausführungsform der ErfindungPreferred embodiment of the invention
Figur 1 zeigt eine noch nicht verschlossene Entladungs¬ lampe 1. Sie besteht aus einem rohrartigen Entladungsge¬ fäß 2 aus Quarzglas oder auch Hartglas, in das zwei E- lektroden 3 eingeführt sind. Die beiden Enden 4 des Ent¬ ladungsgefäßes mit den Abdichtungsbereichen sind noch offen. Dabei spielt es keine Rolle, wie das Entladungsgefäß abgedichtet ist, sei es mit einer Quetschung oder mit ei¬ ner Einschmelzung. An den Köpfen der Elektroden ist jeweils eine dünne Schicht 5 des späteren Beschichtungsmaterials durch einen galvanischen Prozess aufgebracht. Später wird diese Be- schichtung beim Quetschungsprozess oder auch bei bei- spielsweise bei der Erstinbetriebnahme zum größten Teil abgedampft und schlägt sich an der Innenwand nieder.Figure 1 shows a not yet sealed discharge lamp ¬ 1. It consists of a tubular discharge vessel 2 of quartz glass or hard glass, lektroden in the two E are introduced. 3 The two ends 4 of the discharge vessel with the sealing areas are still open. It does not matter how the discharge vessel is sealed, either with a bruise or ei ¬ ner seal. At the heads of the electrodes, in each case a thin layer 5 of the later coating material is applied by a galvanic process. Later, during the crushing process or even during commissioning, for the most part, this coating evaporates and settles on the inner wall.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer fertigge¬ stellten Lampe nach dem Quetschungsprozess bzw. bevorzugt nach dem ersten Einschalten der Lampe. Die Goldbeschich- tung 6 ist jetzt mehr oder weniger homogen an der Innenwand des Entladungsgefäßes 2 niedergeschlagen. Dagegen sind die Elektroden 3 aus Wolfram jetzt zumindest ganz überwiegend frei von dem Beschichtungsmaterial . Die E- lektroden 3 sind durch eine Quetschung 9 abgedichtet.FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a finished lamp after the crushing process or preferably after the lamp has been switched on for the first time. The gold coating 6 is now more or less homogeneously deposited on the inner wall of the discharge vessel 2. In contrast, the tungsten electrodes 3 are now at least predominantly free of the coating material. The electrodes 3 are sealed by a pinch 9.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Vergoldung der Elektrodenspitzen über eine Länge von ca. 2 mm, und es wird ein Strom von mehreren mA, beispielsweise 5 mA, über mehrere Minuten angelegt um die Be- schichtung aufzubringen.In a specific embodiment, the gold plating of the electrode tips extends over a length of about 2 mm, and a current of several mA, for example 5 mA, applied over several minutes to apply the coating.
Während der ersten Inbetriebnahme bzw. schon während des Quetschprozesses bei der Lampenherstellung verdampft das Gold und bildet eine Innenbeschichtung, die zu einer Verbesserung der Zündfähigkeit der Lampe (Verringerung der Zündspannung und/oder Verringerung der Breite der Zünd- Spannungsverteilung) führt. Es wird angenommen, dass sich bei der Zündung eine Oberflächenentladung ausgehend von einer Elektrode über die Innenwand zur zweiten Elektrode ausbildet . During initial start-up or even during the squeezing process during lamp production, the gold evaporates and forms an inner coating, which leads to an improvement in the ignitability of the lamp (reduction of the ignition voltage and / or reduction in the width of the ignition voltage distribution). Upon ignition, it is believed that a surface discharge from one electrode forms over the inner wall to the second electrode.

Claims

Ansprüche claims
1. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, das durch zwei Abdichtungen verschlossen ist, wobei zwei Elektroden in den Abdichtungen verankert sind, die sich in das Entladungsvolumen erstrecken, wobei eine Füllung, die Metallhalogenide enthält, im Entla¬ dungsvolumen untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenwand des Entladungsgefäßes ei¬ ne Beschichtung aus inertem Material aufgebracht ist, die die Zündfähigkeit der Lampe verbessert.1. A high-pressure discharge lamp having a discharge vessel, which is closed by two seals, where two electrodes are anchored in the seals, which extend into the discharge volume, and containing a filling, the metal halides, is housed ¬ dung volume in Entla, characterized in that on the inner wall of the discharge vessel ei ¬ ne coating of inert material is applied, which improves the ignitability of the lamp.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet , dass das Material der Beschichtung aus einem inerten Metall oder einer inerten Verbindung besteht .2. High-pressure discharge lamp according to claim 1, character- ized in that the material of the coating consists of an inert metal or an inert compound.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Material ein Edelmetall, ins¬ besondere Gold oder Platin, ist.3. High-pressure discharge lamp according to claim 2, character- ized in that the material is a precious metal, in ¬ particular gold or platinum.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet , dass die Füllung des weiteren Edelgas und ggf. Quecksilber enthält.4. High-pressure discharge lamp according to claim 1, character- ized in that the filling of the further noble gas and optionally contains mercury.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Schicht homogen ist, wobei die Dicke kleiner als 1 μm ist.5. High-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized ge ¬ indicates that the layer is homogeneous, wherein the thickness is smaller than 1 micron.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet , dass die Schicht inhomogen ist, wobei die maximale Dicke kleiner als lμm ist. 6. High-pressure discharge lamp according to claim 1, character- ized in that the layer is inhomogeneous, wherein the maximum thickness is less than lμm.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet , dass die Füllung frei von Quecksilber ist und nur aus Metallhalogeniden und Inertgas, be¬ vorzugt Xenon, besteht.7. High-pressure discharge lamp according to claim 1, character- ized in that the filling is free of mercury and only from metal halides and inert gas, preferably be ¬ Xenon exists.
8. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kolbens aus Quarzglas oder Hartglas oder Vycor, besteht.8. Lamp according to claim 1, characterized in that the material of the piston of quartz glass or toughened glass or Vycor exists.
9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet , dass das Entladungsgefäß zwei Quet- schungen besitzt, in denen jeweils eine Folie unter¬ gebracht ist.9. High-pressure discharge lamp according to claim 1, character- ized in that the discharge vessel has two pinches, in each of which a film is brought under ¬ .
10. Verfahren zur Herstellung einer Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Material zunächst auf die Elekt- rode aufgebracht wird und dann durch Erhitzen der E- lektrode, insbesondere mittels Stromfluss durch die Elektrode, auf die Innenwand niederschlägt. 10. A method for producing a high-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the material to be coated is first applied to the electrode and then precipitated by heating the electrode, in particular by means of current flow through the electrode, onto the inner wall.
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