Beschreibung
Hochdruckentladungslampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Dokument DE 10 2006 007 218 AI offenbart eine derartige Hochdruckentladungslampe, die beispielsweise für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer eingesetzt wird. Diese hat ein längliches Entladungsgefäß, das etwa mittig einen Entla¬ dungsraum aufweist von dem aus sich diametral zwei Quet¬ schenden erstrecken. Das Entladungsgefäß ist von einem hohlzylindrischen Außenkolben umfasst. Dieser ist zusammen mit dem Entladungsgefäß fest in einen Sockel der Hochdruckentladungslampe eingesetzt. In den Entladungs¬ raum kragen jeweils von einem Quetschende her zwei zueinander gegenüber liegend angeordnete Elektroden aus, die zur Erzeugung einer Gasentladung dienen. Eine jeweilige Elektrode ist jeweils von einer stirnseitig aus einem je¬ weiligen Quetschende heraus geführten Stromzuführung elektrisch kontaktiert. Die sockelferne Stromzuführung erstreckt sich dabei etwa entlang des Außenkolbens zum Sockel. Das Entladungsgefäß weist eine elektrisch leitfä¬ hige Beschichtung auf, die als Zündhilfe zur Senkung ei¬ ner Zündspannung der Hochdruckentladungslampe dient.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass trotz der Be¬ schichtung die Zündspannung der Hochdruckentladungslampe weiterhin hoch ist.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe zu schaffen, die eine vergleichswei¬ se geringe Zündspannung aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochdruckentladungs- lampe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß hat eine Hochdruckentladungslampe ein Entladungsgefäß, in dem ein Entladungsraum ausgebildet ist. Zur Erzeugung einer Gasentladung erstrecken sich zwei zueinander beabstandete Elektroden in den Entla- dungsraum. Das Entladungsgefäß ist zumindest abschnitts¬ weise von einem Außenkolben umgriffen. In einem wenigstens von dem Entladungsgefäß und dem Außenkolben begrenzten, gasdichten Außenraum ist ein Füllgas als Zündhilfe eingebracht. Zusätzlich weist das Entladungsgefäß eine elektrisch leitfähige Zündhilfsschicht auf.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass die Hochdruckentla¬ dungslampe zwei Zündhilfen zum Senken der Zündspannung aufweist. Das Füllgas im Außenraum erzeugt bei einem Zün¬ dimpuls von einer Außenseite des Entladungsgefäßes eine elektrisch leitfähige Schicht bzw. ein Plasma, durch die im Entladungsraum eine Zündung unterstützende dielektrisch behinderte Entladungen gebildet werden. Zusätzlich werden von dem Plasma durch UV-Emission Photoelektronen freigesetzt, die als Startelektronen für das Aus- bilden eines Entladungsbogens zwischen den Elektroden dienen. Ein weiterer Vorteil neben der geringen Zündspannung ist die hohe Betriebssicherheit der Hochdruckentla¬ dungslampe. Bilden sich beispielsweise bei einer Herstel¬ lung der Hochdruckentladungslampe Risse im Außenkolben,
was eine Veränderung eines Drucks und einer Gaszusammensetzung des Füllgases zur Folge haben kann, so ist die Funktion des Füllgases als Zündhilfe nicht mehr möglich, da allerdings zusätzlich die Zündhilfsschicht angeordnet ist, wird die Zündspannung weiterhin ausreichend gesenkt.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Vorzugsweise ist die Zündhilfsschicht einfach auf einer äußeren Oberfläche des Entladungsgefäßes innerhalb des Außenraums aufgebracht.
Zur Verhinderung eines Kurzschlusses zwischen dem Füllgas im Außenraum und der Zündhilfsschicht bei einem Zünden der Hochdruckentladungslampe ist eine nicht elektrisch leitfähige Isolationsschicht zum Trennen des Füllgases und der Zündhilfsschicht auf die Zündhilfsschicht aufge¬ bracht. Die Isolationsschicht hat den weiteren Vorteil, dass sie die Zündhilfsschicht vor Degeneration schützt.
Mit Vorteil ist die Isolationsschicht eine lichtdurchläs¬ sige Glasschicht, insbesondere eine Quarzglasschicht. Um eine sichere Isolation zu gewährleisten ist die Isola¬ tionsschicht im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Entladungsgefäßes aufgebracht. Es ist aber auch mög¬ lich, die Isolationsschicht nur auf dem Bereich aufzu¬ bringen, in dem die Zündhilfsschicht angeordnet ist, um die Zündhilfsschicht vor Degeneration zu schützen. Die Isolationsschicht kann daher auch bei Hochdruckentla¬ dungslampen vorgesehen sein, bei denen das Füllgas im Außenraum zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben nicht als Zündhilfe genutzt wird.
Um zu vermeiden, dass die Zündhilfsschicht aufgrund hoher Temperaturen beschädigt wird, wird die Isolationsschicht in einem kalten Verfahren auf die Zündhilfsschicht und auf das Entladungsgefäß aufgebracht. Vorzugsweise wird die Isolationsschicht im kalten Verfah¬ ren mit einem Niederdruckplasma aufgebracht, wobei dieses insbesondere Hexamethyldisiloxan (HMDSO) enthält. Mit diesem Verfahren kann kostengünstig eine äußerst dünne und somit elastische Isolationsschicht auf das Entla- dungsgefäß und die Zündhilfsschicht aufgebracht werden.
Bevorzugter Weise ist die Zündhilfsschicht im Bereich des Entladungsraums auf dem Entladungsgefäß angeordnet und erstreckt sich über einen Abschnitt des Umfangs des Ent¬ ladungsraums .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat das Entladungsgefäß zwei sich diametral erstreckende Quetschenden und die Zündhilfsschicht ist zumindest Abschnittsweise auf wenigstens ein Quetschende aufgebracht. Die Zünd¬ hilfsschicht kann somit derart angepasst werden, dass die benötigte Zündspannung minimal ist.
Die Zündhilfsschicht kann zusätzlich auf wenigstens einen Übergangsbereich zwischen dem Entladungsraum und einem jeweiligen Quetschende abschnittsweise oder über dessen Gesamtumfang aufgebracht sein. Damit das Füllgas im Au- ßenraum ausreichend zur Senkung der Zündspannung beitragen kann, hat dieses einen im Vergleich zum Standardatmosphärendruck abgesenkten Druck, der insbesondere zwischen 300 mbar bis 400 mbar, oder insbesondere zwischen 150 mbar bis 200 mbar liegt.
Als besonders kostengünstig kann als Füllgas Luft einge¬ setzt werden.
Damit sich eine möglichst großflächige Schicht bzw. Plas¬ ma durch das Füllgas auf dem Entladungsgefäß beim Zünden der Hochdruckentladungslampe bilden kann, ist das gesamte Entladungsgefäß von dem Außenkolben umgriffen und somit vom Außenraum umgeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungs¬ beispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen: Fig. 1 in einer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Hoch¬ druckentladungslampe gemäß einem ersten Ausfüh¬ rungsbeispiel
Fig. 2 in einer Seitenansicht die Hochdruckentladungslampe aus Figur 1 bei einer Zündung Fig. 3 in einer Seitenansicht die Hochdruckentladungslampe aus Figur 1 bei der Zündung
Fig. 4 in einer Seitenansicht die erfindungsgemäße Hoch¬ druckentladungslampe gemäß einem zweiten Ausfüh¬ rungsbeispiel
Bevorzugte Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht eine schematische Darstellung einer Hochdruckentladungslampe 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Hier handelt es sich bei¬ spielsweise um eine D4-Lampe für einen Fahrzeugscheinwer-
fer. Diese kann quecksilberfrei sein und weist eine elektrische Leistungsaufnahme von ungefähr 35 Watt auf.
Die Hochdruckentladungslampe 1 hat ein Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, das zwei etwa diametral angeordnete Quet- sehenden 4, 6 aufweist. Etwa mittig zwischen den Quet¬ schenden 4, 6 ist in dem Entladungsgefäß 2 ein sich ent¬ lang einer Lampenlängsachse erstreckender länglicher, etwa kreiszylindrischer Entladungsraum 8 eingebracht. Im Bereich des Entladungsraums 8 weist das Entladungsgefäß 2 eine etwa ellipsoidförmige Außenkontur auf. Die Quet¬ schenden 4, 6 sind länglich ausgebildet und erstrecken sich ebenfalls etwa entlang der Lampenlängsachse.
In den Entladungsraum 8 ragen von einem jeweiligen Quetschende 4 bzw. 6 etwa entlang der Lampenlängsachse zwei zueinander beabstandete Elektroden 10 bzw. 12 aus Wolfram hinein, zwischen denen sich während des Betriebes der Hochdruckentladungslampe 1 ein lichtemittierender Entla- dungsbogen ausbildet. Die Elektroden 10 und 12 sind je¬ weils mit einer in ein jeweiliges Quetschende 4 bzw. 6 eingeschmolzenen Molybdänfolie 14 bzw. 16 elektrisch verbunden. Die Molybdänfolien 14 und 16 wiederum sind jeweils an einem von den Elektroden 10 bzw. 12 wegweisenden Endabschnitt mit einer abschnittsweise in das Quetschende 4 bzw. 6 eingebrachten Stromzuführung 18 bzw. 20 elekt- risch verbunden. Diese sind dabei etwa entlang der Lampenlängsachse angeordnet und ragen jeweils stirnseitig aus dem Entladungsgefäß 2 heraus.
Das Entladungsgefäß 2 ist an seinem in der Figur 1 unte¬ ren Quetschende 6 mit einer rohrförmigen Verlängerung 22 in einen im Wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Lam-
pensockel 24 eingesetzt. Die sockelnahe Stromzuführung 20 ist durch die Verlängerung 22 in den Lampensockel 24 geführt. Die sockelferne Stromzuführung 18 ist mit einem sich etwa entlang des Entladungsgefäßes 2 erstreckenden Kontaktdraht 26 verbunden, der in dem Sockel 24 mündet. Der Kontaktdraht 26 ist abschnittsweise zusätzlich von einem etwa rohrförmigen Isolationselement 28 zur elektrischen und thermischen Isolierung umfasst.
Der dem Kontaktdraht 26 zugewandte Oberflächenbereich des Entladungsgefäßes 2 ist mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Zündhilfsschicht 30 versehen. Diese erstreckt sich in etwa Lampenlängsrichtung über die gesamte Länge des Entladungsraums 8 und etwa 5 bis 50 % in Umfangsrichtung um das Entladungsgefäß 2. Das Material und die Ausgestaltung der Zündhilfsschicht 30 entspricht beispielsweise der in dem eingangs erläuterten Dokument DE 10 2006 007 218 AI.
Das Entladungsgefäß 2 ist mit seinen Quetschenden 4, 6 und dem Entladungsraum 8 von einem aus Glas bestehenden, lichtdurchlässigen rohrförmigen Außenkolben 32 umgriffen. An seinem sockelfernen Endabschnitt ist der Außenkolben 32 mit dem Quetschende 4 durch eine Anrollung und an sei¬ nem sockelnahem Endabschnitt mit der Verlängerung 22 des Entladungsgefäßes 2 durch eine Einschnürung gasdicht ver- schmolzen. Zwischen dem Entladungsgefäß 2 und dem Außenkolben 32 ist somit ein gasdichter Außenraum 34 gebildet, in dem beispielsweise Luft eingebracht ist. Der Druck im Außenraum 34 ist dabei geringer als ein Standardatmosphä¬ rendruck mit etwa 1013 mbar ist und insbesondere 300 bis 400 mbar oder vorzugsweise 150 bis 250 mbar beträgt. Un¬ ter diesen Druckverhältnissen ist die Luft im Außenraum
34 zusätzlich als Zündhilfe neben der Zündhilfsschicht 30 eingesetzt .
Zur Vermeidung eines Kurzschlusses zwischen der Zündhilfsschicht 30 und der Luft im Außenraum 34 beim Zünden der Hochdruckentladungslampe 1 ist auf die Zündhilfs¬ schicht 30 und auf das Entladungsgefäß 2 eine Isolations¬ schicht 36 aufgebracht. Diese erstreckt sich etwa über die gesamte innerhalb des Außenraums 34 angeordnete Um- fangsfläche des Entladungsgefäßes 2. Die Isolations- schicht 36 schützt ferner die Zündhilfsschicht 30 vor De¬ generation .
Die Isolationsschicht 36 wird in einem kalten Verfahren hergestellt, um zu vermeiden, dass die temperaturempfind¬ liche Zündhilfsschicht 30 durch hohe Temperaturen bei der Herstellung beschädigt wird. Das kalte Verfahren erfolgt mit Hilfe eines Niederdruckplasmas. Hierbei wird auf das Entladungsgefäß 2 in einer Vakuumkammer ein Stoff, bei¬ spielsweise Hexamethyldisiloxan (HMDSO) , über ein Trägergas, beispielsweise Argon, eingebracht, wobei der Stoff dann über Mikrowellen angeregt wird. Durch dieses Verfahren wächst innerhalb von Sekunden eine auf dem Entla¬ dungsgefäß 2 fest anhaftende und nur wenige Nanometer di¬ cke Quarzglasschicht als Isolationsschicht 36. Diese ist durch die geringe Dicke äußerst elastisch und somit un- empfindlich gegenüber mechanischen Spannungen. Das Verfahren läuft bei einer Temperatur von kleiner 100°C ab.
Die Zündspannung der Hochdruckentladungslampe nimmt mit zunehmendem Fülldruck des in dem Entladungsraum 8 eingebrachten Füllgases zu. Eine D3- oder D4-Lampe eines Fahr- zeugscheinwerfers mit beispielsweise einem in dem Entla-
dungsraum 8 eingebrachten Füllgas aus Xenon, das einen Kaltfülldruck von 16 bar aufweist, erfordert eine Zünd¬ spannung von etwa 25 kV. Um die Zündspannung zu senken, ist die Zündhilfsschicht 30 und das Füllgas im Außenraum 34 vorgesehen.
Die zum Zünden der Hochdruckentladungslampe erforderli¬ chen Hochspannungsimpulse werden der sockelseitigen Elektrode 12 über die Stromzuführung 20 zugeführt, da diese vollständig von dem Entladungsgefäß 2 zusammen mit der Verlängerung 22 und dem Sockel 24 umfasst ist, was eine ausgezeichnete elektrische Isolation der Hochspan¬ nung führenden Teile der Hochdruckentladungslampe 1 ge¬ währleistet. Die genannten Hochspannungsimpulse werden beispielsweise mittels einer Impulszündvorrichtung gene- riert, deren Komponenten im Lampensockel 24 angeordnet sein können. Bei einer Zündung der Hochdruckentladungslampe 1 bildet die Zündhilfsschicht 30 zusammen mit der Elektrode 12 einen Kondensator, wobei das dazwischen liegende Quarzglas des Entladungsgefäßes 2 und das Füllgas im Entladungsraum 8 ein Dielektrikum dieses Kondensators bilden. Dadurch wird, insbesondere mittels der hochfre¬ quenten Anteile des Zündimpulses, im Entladungsraum 8 ei¬ ne dielektrisch behinderte Entladung (dbE) zwischen der Elektrode 12 und der Zündhilfsschicht 30 generiert. Diese dbE erzeugt im Entladungsraum 8 eine ausreichende Anzahl von freien Ladungsträgern, um den elektrischen Durchbruch zwischen den beiden Elektroden 10, 12 zu ermöglichen bzw. die dafür erforderliche Zündspannung deutlich zu reduzie¬ ren. Neben der Zündhilfsschicht 30 dient das Füllgas in dem Außenraum 34 ebenfalls zum Senken der Zündspannung, was in der folgenden Figur 2 näher erläutert ist.
In der Figur 2 ist in einer Seitenansicht die Hochdruckentladungslampe 1 aus der Figur 1 beim Anlegen einer Zündspannung gezeigt. Hierbei wird ein positiver Zündimpuls an der in der Figur 2 unteren Elektrode 12 angelegt. Das Füllgas bildet im Außenraum 34 zwischen dem Außenkol¬ ben 32 und dem Entladungsgefäß 2 durch den Zündimpuls zu einer elektrisch leitfähige Schicht bzw. ein Plasma 37 an einem Umfangsabschnitt des Entladungsgefäßes 2 aus. Das Plasma 37 erstreckt sich hierbei um das Entladungsgefäß 2 asymmetrisch im Bereich des Entladungsraums 8 und dem in der Figur 2 unteren Quetschende 6 und ist gestrichelt dargestellt. Das Plasma 37 hat den gleichen Effekt wie die Zündhilfsschicht 30 und bildet somit zusammen mit der unteren Elektrode 12 in der Figur 2 einen Kondensator. Des Weiteren werden von dem Plasma 37 Photoelektronen aufgrund einer UV-Emission gebildet, die als Startelekt¬ ronen für den Entladungsbogen zwischen den Elektroden 10, 12 dienen. Durch die Zündhilfsschicht 30 und das Plasma 37 in dem Außenraum 34 kann die Zündspannung der Hoch- druckentladungslampe 1 somit stark gesenkt werden.
Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass eine asymmet¬ risch zum Entladungsgefäß 2 angeordnete Zündhilfsschicht 30 zur weiteren Absenkung der notwendigen Zündspannung im Vergleich zu einer symmetrisch angeordneten Zündhilfs- schicht 30 führt, was beispielsweise in dem eingangs er¬ läuterten Stand der Technik aufgezeigt ist. Ein sich asymmetrisch im Außenraum 34 ausbreitendes Plasma 37 weist einen gleichen Effekt auf.
Nachteilig bei dem Plasma 37 in dem Außenraum 34 ist, dass es nur unter einem niedrigeren Druck im Vergleich zum Standardatmosphärendruck entstehen kann. Gleicht sich
der Druck im Außenraum 34 beispielsweise durch in der Herstellung auftretende Risse im Außenkolben 32 dem Außendruck an, dann wird beim Anlegen einer Zündspannung an die Hochdruckentladungslampe 1 kein Plasma 37 mehr gebil- det. Da allerdings die Hochdruckentladungslampe 1 zusätz¬ lich als Zündhilfe die Zündhilfsschicht 30 aufweist, wird selbst bei einem sich nicht ausbildenden Plasma 37 die Zündspannung gesenkt, was eine hohe Betriebssicherheit der Hochdruckentladungslampe 1 gewährleistet. Die Isola- tionsschicht 36 wirkt in diesem Fall nur als Schutz¬ schicht, welche die Zündhilfsschicht 30 vor Degeneration schützt .
Figur 3 stellt in einer Seitenansicht die Hochdruckentla¬ dungslampe 1 aus Figur 1 dar, bei der eine Zündspannung mit einem negativen Zündimpuls an die sockelnahe Elektro¬ de, die der Elektrode 12 in Figur 2 entspricht, angelegt ist. Hierbei bildet sich das Plasma 37 im Gegensatz zur Figur 2 am Außenumfang des oberen Quetschendes 4 des Entladungsgefäßes 2 aus. Das elektrisch leitfähige Plasma 37 stellt somit zusammen mit der Zündhilfsschicht 30 eine asymmetrische Zündhilfe zur Verfügung.
Im Vergleich der Figur 2 mit der Figur 3 ist erkennbar, dass sich das Plasma 37 in Abhängigkeit des Zündimpulses um das Entladungsgefäß 2 verteilt. In der Figur 4 ist in einer Seitenansicht die Hochdruckentladungslampe 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1 ist die Zündhilfsschicht 30 anders ausgestal¬ tet. Diese hat hier einen oberen und unteren Schenkel 38 und 40, die sich jeweils entlang eines Quetschendes 4
bzw. 6 erstrecken. Die Schenkel 38 und 40 sind dabei etwa im Bereich zwischen den Molybdänfolien 14 bzw. 16 und dem sich entlang des Entladungsgefäßes 2 erstreckenden Kontaktdraht 26 in Lampenlängsrichtung auf den Quetschenden 4 bzw. 6 angeordnet und umgreifen diese abschnittsweise in Umfangsrichtung . Des Weiteren ist die Zündhilfsschicht 30 auf eine Oberfläche eines Übergangsbereichs 42 und 44 zwischen einem jeweiligen Quetschende 4 bzw. 6 und dem den Entladungsraum 8 umfassenden mittleren Bereich des Entladungsgefäßes 2. Die Übergangsbereiche 42 und 44 sind ringnutartig ausgebildet, wobei sich die Zündhilfsschicht 30 dann über den gesamten Umfang der Übergangsbereiche 42, 44 erstreckt. Die Zündhilfsschicht gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt somit einen im Bereich des Entladungsraums angeordneten Schichtabschnitt 30, zwei in den ringnutartigen Übergangsbereichen angeordnete Schichtabschnitte 42, 44 und zwei auf den Quet¬ schenden 4, 6 angeordnete Schichtabschnitte 38, 40. Die vorgenannten Schichtabschnitte bilden eine zusammenhän- gende Zündhilfsschicht.
Die in der Figur 1 ausgebildete Zündhilfsschicht 30 weist eine geringere Fläche im Vergleich zum Schichtabschnitt 30 der Zündhilfsschicht aus der Figur 4 auf. Hierdurch ist eine großflächigere Verteilung des Plasmas 37 um den Außenumfang des Entladungsgefäßes 2 ermöglicht.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Beispielsweise kann bei der in Figur 4 abgebildeten Zündhilfsschicht gemäß dem oben erläuterten zweiten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung der auf dem sockelfernen Quetschende 4 angeordnete Schichtabschnitt 38 oder der
auf dem sockelnahen Quetschende 6 angeordnete Schichtab¬ schnitt 40 der Zündhilfsschicht entfallen, wodurch eine asymmetrisch ausgebildete Zündhilfsschicht erreicht wird.