Einseitig gequetschte Hochdruckentladungslampe

Abstract

 Einseitig gequetschte Hochdruckentladungslampe kleiner Leistung, bei der die beiden Elektronen (4, 5) aus einem geraden Schaft (15) und einer abgewinkelten Elektrodenspitze (16) bestehen. Die beiden Schäfte (15) sind parallel zueinander angeordnet; die Spitze jeder Elektrode (4, 5) ist als Stift (16) ausgebildet, der seitlich am Ende des Schaftes angesetzt ist, wobei zur Erzielung einer hohen Wärmekapazität die Quer­schnittsfläche des Stiftes (16) größer als die des Schaftes (15) ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung geht aus von einer einseitig gequetsch­ten Hochdruckentladungslampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist aus der GB-PS 2 072 412 bekannt. Insbesondere wird eine Elektrodenform mit Schaft und abgewinkelter Elektro­denspitze beschrieben, wobei die gesamte Elektrode aus einem Drahtstück gefertigt ist; durch die Abwinklung der Elektrodenspitze gengenüber dem geraden Schaft wird die Bogenstabilität verbessert.

[0003] Die Lebensdauer dieser Lampen ist dadurch einge­schränkt, daß die aggressive Füllung eine schnelle Korrosion der Elektroden bewirkt. Besonders stark tritt dieses Problem bei Füllungen auf, die einen hohen Anteil an Zinnhalogeniden enthalten. Zwar ließe sich die Korrosion durch Verwendung eines möglichst dicken Elektrodendrahtes hinauszögern, doch würde dabei das Zündverhalten der Lampe deutlich ver­schlechtert (Technisch-wissenschaftliche Abhandlungen der OSRAM-Gesellschaft, Bd. 12, S. 65 ff, Springer-­Verlag Berlin, 1986).

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, gleichzeitig das Lebens­dauerverhalten und das Zündverhalten dieser einseitig gequetschten Hochdruckentladungslampen zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausge­staltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.

[0005] Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Korrosion der Elektroden stark eingeschränkt wird. Der dafür verantwortliche Mechanismus ist noch nicht aufgeklärt. Vermutlich bedingt die durch die hohe Wärmekapazität der Stifte hervorgerufene Ände­rung des Temperaturprofils entlang der Elektroden eine positive Veränderung im Halogenkreislauf, wodurch sich der Wolframabbau nicht mehr überwiegend an den relativ kalten Stellen am Elektrodenschaft in der Nähe der Einquetschung vollzieht.

[0006] Gleichzeitig ist die Wärmeableitung entlang des Elek­trodenschafts gering, da der Durchmesser des Schaft­drahtes klein gehalten werden kann. Insgesamt wird daher die Zeit vom elektrischen Durchschlag bis zur Bogenübernahme verkürzt, so daß die Zündwilligkeit der Lampe verbessert wird. Die erhöhte Wärmekapazität im Bereich der Elektrodenspitzen vermindert zudem auch die Amplitude der mit der Frequenz der Wechselspannung verknüpften periodischen Temperaturschwankungen an den Elektroden und erniedrigt damit die Wiederzündspitze.

[0007] Ein besonders vorteilhaftes Verhältnis zwischen hoher Wärmekapazität an der Elektrodenspitze (d.i. im Bereich der Stifte) und geringer Wärmeableitung ent­lang des Elektrodenschaftes läßt sich bei einem Stift mit kreisförmigem Querschnitt erzielen, wenn Durch­messer und Länge des Stiftes den in den Unteransprü­chen beschriebenen Abmessungen entsprechen.

[0008] Die Erfindung ermöglicht zusätzlich eine gezielte Be­einflussung und Optimierung wichtiger Parameter bei einseitig gequetschten Metallhalogenidentladungs­lampen. Die - infolge der größeren Querschnittsfläche des Stiftes im Vergleich zum Schaft - seitlich am Schaft überstehende Fläche des Stiftes erhöht die Wärmeabstrahlung in die dahinterliegenden Elektroden­toträume, so daß eine gleichmäßigere Temperaturver­teilung im Entladungsgefäß erreicht wird.

[0009] Bei konventionellen Lampen sind Spitze und Schaft der Elektrode aus einem Stück Draht gefertigt. Dieser Draht ist mit einer Substanz mit geringer Elektronen­austrittsarbeit (ThO₂) dotiert. Ein möglichst geringer Thoriumgehalt ist wünschenswert, um nicht das Farbspektrum der Lampe zu verfälschen. Die Verwendung eines separaten Stifts als Elektrodenspitze erlaubt es, nur die Elektrodenspitze zu dotieren. Dadurch wird ein Fehlbetrieb verhindert, bei dem der Bogen sich zwischen den beiden Elektrodenschäften in der Nähe der Quetschdichtung ausbildet. Bei konventionellen Lampen erleichterte die unvermeidliche Mit-Dotierung des Schaftes diese Fehlfunktion. Durch Dotierung des Stiftes, ohne jedoch gleichzeitig den Elektrodenschaft zu dotieren, wird daher die Zuverlässigkeit das Lampenbetriebs erhöht.

[0010] Insbesondere läßt sich die Erfindung vorteilhaft bei Entladungsgefäßen einsetzen, bei denen aufgrund der geometrischen Verhältnisse der seitliche Abstand der Elektrodenspitze zur Innenwand des Entladungsgefäßes in verschiedene Richtungen (Höhe und Breite) stark unterschiedlich ist (z.B. ellipsoidähnliche Entla­dungsgefäße, die insbesondere für Projektionszwecke verwendet werden). Bei einer Anordung gemäß der Erfindung wird die Form der Querschnittsfläche des Stiftes so gewählt, daß eine unterschiedliche Wärme­abstrahlung in die verschiedenen Raumrichtungen erzielt wird und somit die unterschiedliche Entfernung zur Innenwand berücksichtigt wird. In dieser Hinsicht am einfachsten herzustellen ist ein als Draht oder Sinterkörper ausgeführter Stift mit länglichrundem Querschnitt.

[0011] Besonders vorteilhaft erweist sich die korrosions­hemmende Wirkung des Stifts bei Lampen mit Füllungen, deren Zusätze eine sehr hohe chemische Aggressivität gegenüber Einbauteilen aufweisen; dies gilt insbe­sondere für Zinnhalogenide, die zum Erzielen warmer Lichtfarben benötigt werden.

[0012] Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 den Aufbau einer Hochdruckentladungslampe mit einseitig gequetschtem Entladungsgefäß

Figur 2 eine Elektrode für die Hochdruckentladungs­lampe gemäß Figur 1 in Seitenansicht

Figur 3 die Vorderansicht der in Figur 2 gezeigten Elektrode

Figur 4 die Vorderansicht einer anderen Ausführungs­form der Elektrode

Figur 5 die Vorderansicht (a) und Seitenansicht (b) einer weiteren Ausführungsform der Elektrode

[0013] In Figur 1 ist der Aufbau einer Hochdruckentladungs­lampe 1 mit einer Leistungsaufnahme von 150 W gezeigt. Die Lampe 1 besteht aus einem einseitig gequetschten Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, das von einem eben­falls einseitig gequetschten Außenkolben 3 aus Quarz­glas umschlossen ist. Der Außendurchmesser der Lampe beträgt etwa 25 mm, die Gesamtlänge etwa 84 mm. Das Entladungsgefäß 2 besitzt ein ellipsoidähnliches Ent­ladungsvolumen mit drei "Achsen". Die Länge der größten "Achse", die entlang der Verbindungslinie zwischen den Spitzen der Elektroden 4, 5 ausgerichtet ist, beträgt ca. 10 mm. Die beiden kleineren "Achsen", die die Höhe und Breite des Entladungsvolumens bestim­men, sind etwa gleich groß (jeweils ca. 8 mm). Die Elektroden 4, 5 (in schematischer Darstellung) sind mittels Folien 6, 7 gasdicht in das Entladungsgefäß 2 eingeschmolzen und über die Stromzuführungen 8, 9, die Dichtungsfolien 10, 11 des Außenkolbens 3 und über weitere kurze Stromzuführungen 12, 13 mit den elektrischen Anschlüssen des Keramiksockels (nicht gezeigt) verbunden. In die Quetschung des Entladungs­gefäßes 2 ist zusätzlich - über ein Drahstück - ein auf einem Metallplättchen aufgebrachtes Gettermaterial 14 potentialfrei eingeschmolzen.

[0014] Als Füllung (Betriebsdruck ca. 35 bar) enthält das Entladungsgefäß 2 (bei einem Volumen von 0,65 cm³) neben Quecksilber (ca. 15 mg) und einem Edelgas auch Metalljodide und -bromide von Natrium, Zinn, Thallium, Indium und Lithium (insgesamt 2, 3 mg Metallhalogenide und zusätzlich 0,2 mg Zinn). Die Lampe 1 weist bei einem Nennstrom von 1, 8 A eine Lichtausbeute von 83 lm/W auf.

[0015] Figur 2 zeigt die Seitenansicht, Figur 3 die Vorder­ansicht einer erfindungsgemäßen Elektrode 4, 5, wie sie in der Hochdruckentladungslampe 1 gemäß Figur 1 eingebaut ist. Sie weist einen geraden Schaft 15 von 10,2 mm Länge aus undotiertem Wolframdraht mit einem Drahtdurchmesser von 0,6 mm auf. Ein zylindrischer Stift 16 ist am entladungsseitigen Ende des Schaftes 15 seitlich angesetzt. Die Befestigung des Stiftes 16 am Schaft 15 erfolgt durch Stumpfschweißen, so daß Stift 16 und Schaft 15 im rechten Winkel zueinander stehen. Die Entladung verläuft quer zu den beiden parallel zueinander angeordneten Schäften 15.

[0016] Die Stifte 16 sind etwa in halber Höhe des Entla­dungsvolumens angeordnet, so daß ein möglicher Einfluß der Brennlage auf das Betriebsverhalten minimiert wird.

[0017] Als Stift 16 wird ein Wolframdraht, mit 0,7 % Thorium­dioxid angereichert, verwendet. Eine Emitterpaste wird nicht benötigt. Die beiden Stifte 16 sind koaxial zueinander angeordnet und haben jeweils eine Länge von 1,2 mm und einen Durchmesser von 1,2 mm, wobei der Elektrodenabstand ca. 6 - 7 mm beträgt (Typ I-Version). In einem anderen Ausführungsbeispiel (Typ II) beträgt der Durchmesser der Stifte 16 nur 0,9 mm bei gleicher Länge (1,2 mm); auch der Schaft­durchmesser ist etwas kleiner (0,5 mm).

[0018] Statt Wolframdraht kann für den Stift auch ein Sinter­körper verwendet werden, der - aus dotiertem Wolfram­pulver gepreßt - an das Ende des Schaftes ange­schweißt wird.

[0019] Ein Vergleich des Betriebsverhaltens von Lampen mit konventionellen Elektrodenspitzen (d.h. Durchmesser von Schaft und Elektrodenspitze sind gleich groß) und von Lampen mit Stiften hoher Wärmekapazität als Elektrodenspitzen liefert folgende Ergebnisse:

[0020] Bei Verwendung von Elektroden mit Stiften hoher Wärme­kapazität ist die Elektrodenkorrosion deutlich herab­gesetzt. Die mittlere Lebensdauer konnte beim Typ I um etwa 20 %, beim Typ II um etwa 10 % gegenüber konven­tionellen Lampen gesteigert werden.

[0021] Ein Maß zur Beurteilung der Zündwilligkeit gibt das Verhältnis (U_W/U_B) von Wiederzündspannung (U_W) zu Brennspannung (U_B) einer Lampe. Je kleiner dieses Verhältnis ist, umso besser ist die Bogenübernahme. Bei den Lampen, deren Elektrode einen Stift vom Typ I enthält, ist erwartungsgemäß die Zündwilligkeit besser (U_W/U_B = 1,60) als bei Lampen mit konventionellen abgewinkelten Elektroden (U_W/U_B = 1,80). Bei Lampen, deren Elektroden einen Stift vom Typ II ent­halten, ist die Zündwilligkeit sogar noch etwas besser (U_W/U_B = 1,56); jedoch wird die Elektrodenkorro­sion nicht so wirkungsvoll eingedämmt (s.o.).

[0022] Bei einem Ausführungsbeispiel einer Hochdruckentla­dungslampe mit 35 W Leistungsaufnahme entspricht der prinzipielle Aufbau weitgehend der in Figur 1 ge­zeigten Lampenversion mit höherer Leistungsstufe. Das ellipsoidähnliche Entladungsvolumen besitzt jedoch wesentlich kleinere Abmessungen, wobei alle drei Achsen unterschiedliche Abmessungen aufweisen: Längs­achse 5 mm; Querachse (Breite) 4 mm; vertikale Achse (Höhe) 3,5 mm. Die Füllung des Entladungsgefäßes (das ein Volumen 0,07 cm³ aufweist) ist ähnlich dem ersten Auführungsbeispiel, jedoch ist das Brom durch Jod ersetzt und ein zusätzlicher Überschuß an Zinn eingebracht. Auch diese Lampe weist ähnlich verbes­serte Betriebseigenschaften auf wie die im ersten Ausführungsbeispiel gezeigte Lampe.

[0023] Eine Vorderansicht der für diese Lampe benutzten Elektrode zeigt Figur 4. Eine Anpassung an das ellipsoidähnliche Entladungsgefäß 2ʹ wird hierbei durch den länglichrunden Querschnitt des Stiftes erreicht. Zu beachten ist, daß hierbei die "Längs­seite" der Querschnittsfläche des Stiftes ein stär­kere Wärmeabstrahlung als die "Querseite" besitzt, weshalb der Stift am Elektrodenschaft so orientiert ist, daß die "Längsseite" des Stiftes zur - weiter entfernten und daher kälteren - Innenwand im Bereich der Querachse des Entladungsgefäßes 2ʹ abstrahlt. Im einzelnen ist der gerade Schaft 17 aus einem undo­tierten Wolframdraht mit einem Drahtdurchmesser von 0,3 mm hergestellt; er hat eine Länge von 6,6 mm. Der Stift 18 (aus mit 0,7 Gew.-% ThO₂ angereichertem Wolfram) hat eine Länge von 0,7 mm; er weist eine Breite von 0,6 mm und eine abgeplattete Höhe von 0,55 mm auf. Die in Figur 4 gezeigten Abmessungen sollen das Prinzip verdeutlichen und sind nicht maß­stäblich aufzufassen.

[0024] Die abgeplattete Querschnittsform des Stiftes 18 kann bei Verwendung eines Drahtes entweder durch nachträg­liches Walzen oder bereits durch die Form des Zieh­steins erzielt werden. Bei Verwendung von Sinter­körpern weisen bereits die beim Pressen verwendeten Formteile eine entsprechende Gestalt auf; im allge­meinen ist dabei auch eine stärkere Inhomogenität der Wärmeabstrahlung erzielbar.

[0025] Bei Elektrodenspitzen aus Sinterkörpern ist es gemäß Fig. 5a und b besonders gut möglich, nur die Wärme­abstrahlung in die hinter den Elektroden liegenden Toträume zu verbessern, falls das Entladungsgefäß dort die kälteste Stelle aufweist. Zu diesem Zweck wird vorteilhaft ein Sinterkörper 19 in konusähnlicher Gestalt (oder in Gestalt einer Pyramide) verwendet, wobei der Sinterkörper 19 eine ellipsoidähnliche Grundfläche 20 (Querachse d₁) besitzt, die am Elektrodenschaft 21 (Durchmesser d₂, wobei d₂ < d₁) seitlich angeschweißt ist; an der abge­rundeten Spitze 22 des Sinterkörpers 19 setzt die Bogenentladung an. Der am Schaft 21 quer zur Entladung überstehende Bereich der Grundfläche 20 des Konus heizt dann den Totraum auf.

[0026] Zur Erzielung anderer Farbtemperaturen und Licht­farben können auch Füllungen mit anderen Metallen und Halogeniden verwendet werden, beispielsweise wird durch eine Füllung mit Jodiden des Natrium und Thallium sowie mehrere Seltener Erden (Dy, Ho, Tm) eine höhere Farbtemperatur erzielt.

[0027] Die genauen Abmessungen des Stiftes hängen jeweils von der Geometrie des Entladungsgefäßes und der Leistungs­aufnahme der Lampe ab. Es muß dabei ein Kompromiß zwischen der Eindämmung der Elektrodenkorrosion und guter Zündwilligkeit gefunden werden. Dabei ist auch die Zusammensetzung der Lampenfüllung von großer Bedeutung. Die Elektrodenabmessungen sind jeweils auf das verwendete Füllungssystem abgestimmt.

Ansprüche

1. Einseitig gesockelte Hochdruckentladungslampe kleiner Leistung, mit einem Entladungsgefäß (2) aus Quarzglas, das ggf. von einem Außenkolben (3) umgeben ist, und mit einer Füllung aus Quecksilber und Edel­gas mit Zusätzen an Metallen und/oder deren Haloge­niden und mit zwei Elektroden (4, 5), bestehend aus einem geraden Schaft (15) und einer abgewinkelten Elektrodenspitze, wobei die beiden Schäfte (15) paral­lel zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeich­net, daß die Spitze jeder Elektrode (4, 5) als Stift (16; 18) ausgebildet ist, der seitlich am Ende des Schaftes (15; 17) angesetzt ist, wobei zur Erzielung einer hohen Wärmekapazität die Querschnittsfläche des Stiftes (16; 18) größer als die des Schaftes (15; 17) ist.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (16) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift (18) einen länglichrun­den Querschnitt aufweist.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift als Drahtstück gefertigt ist.

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift als Sinterkörper gefertigt ist.

6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Stiftes (16) um einen Faktor 1,5 bis 3 größer als der Durchmesser des Schaftes (15) ist.

7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu Durch­messer des Stiftes (16) zwischen 1 und 2 liegt.

8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stift aus dotiertem Wolfram besteht, wobei ein Dotierungssubstanz mit niedriger Elektronenaustrittsarbeit verwendet wird, während der Schaft aus undotiertem Wolfram besteht.

9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllungszusätze als wesent­lichen Bestandteil Zinn enthalten.

Zeichnung