Hochdruckentladungslampe

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei vornehmlich um Kurzbogenlampen, insbesondere Quecksilber-Entladungslampen, vor allem hoher Leistung. Diese können auch Zusätze an Metallhalogeniden enthalten. Die Erfindung ist im Prinzip auch bei Xenonkurzbogenlampen verwendbar.

Stand der Technik

[0002] Aus der Schrift US-A 5 140 222 ist eine gattungsgemäße Hochdruckentladungslampe bekannt. Sie besitzt eine Xenonfüllung. Die Kolbenhälse sind mit konischen Stützelementen aus Quarzglas und keramischen Scheiben versehen, wobei diese beweglich im Kolbenhals sitzen und mittels einer Feder an eine Verengung am Eingang des Kolbenhalses angepreßt werden.

[0003] Bei Quecksilber-Hochdruckentladungslampen sind bisher Stützröllchen mit gerader äußerer Mantelfläche verwendet worden, wobei der Kolbenhals an diese äußere Mantelfläche angeschmolzen ist. Bisher bekannte Lampen verwendeten angeschmolzene Stützröllchen mit konstanter Wanddicke über die Länge, siehe EP-A 479 089, EP-A 479 088 sowie DE-A 196 18 967. Dadurch waren Außendurchmesser und Innendurchmesser konstruktiv vorgegeben durch den Durchmesser der Folieneinschmelzung im hinteren Teil des Kolbenhalses. Die Stützröllchen wurden außerdem meist direkt am Beginn des Kolbenhalses eingesetzt und dort mit der Kolbenwand im Bereich des Kolbenhalses verschmolzen. Diese Technologie gestattet aber nur Quecksilberfüllmengen bis maximal 20 mg/cm³ bei relativ kleinen Kolbenabmessungen bis zu einer Gesamtlänge von etwa 80 mm. Bei höherem Druck erhöht sich das Berst-Risiko, weil die Belastbarkeit im Bereich des Übergangs Entladungsvolumen/Kolbenhals überschritten wird.

Darstellung der Erfindung

[0004] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die einem hohen Fülldruck standhalten kann ohne zu bersten. Typisch ist ein Wert des Betriebsdrucks von 30 bis 70 bar.

[0005] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

[0006] Im einzelnen besteht die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe aus einem Kolben aus Quarzglas mit zwei im wesentlichen zylindrischen Kolbenhälsen, in denen zwei Elektroden, die sich diametral gegenüberstehen, mittels Elektrodenstäben gehaltert sind, wobei jeder Stab im vorderen Teil des Kolbenhalses von einem Stützröllchen ummantelt ist, das mit der Kolbenwand im Bereich des Kolbenhalses verschmolzen ist. Das Stützröllchen ist an seiner Außenseite (Mantelfläche) konisch geformt und läuft in Richtung zur Elektrode hin spitz zu, so daß der Außendurchmesser des vorderen Endes des Stützröllchens kleiner als der Außendurchmesser des hinteren Endes des Stützröllchens ist.

[0007] Der Stab kann entweder in den hinteren Teil des Kolbenhalses direkt weitergeführt sein oder hinter dem Stützröllchen enden, beispielsweise an einer Molybdän-Scheibe. Der Stab wird in diesem Fall durch ein Verlängerungsteil nach außen weitergeführt. Dieser Umstand ist jedoch für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung.

[0008] Durch die neuartige Stütztechnik können großwattige Lampen mit einer Leistung von mehr als 1000 Watt mit einer Füllung unter hohem Betriebsdruck (bis 70 bar) versehen werden. Typisch ist eine Quecksilberfüllung mit 20 bis 100 mg/cm³, maximal bis 150 mg/cm³. Die großen Kolben haben Längen bis zu 120 mm und mehr und typische Durchmesser von 100 mm. Wegen des hohen Betriebsdrucks muß der Gefahr des Berstens des Kolbens begegnet werden. Eine sorgfältige Analyse hat als Schwachstelle den Übergang zwischen Entladungsvolumen und Kolbenhals gefunden. Es hat sich gezeigt, daß ein konisches Stützröllchen hier Abhilfe schafft. Bei geeigneter Dimensionierung läßt sich eine Erhöhung des Berstdrucks um bis zu 300% erreichen.

[0009] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des hinteren Endes des konischen Stützröllchens und dem Außendurchmesser des vorderen Endes des Stützröllchens zwischen 1,1 und 2,5.

[0010] Ein wesentlicher Gesichtspunkt ist, daß die Wandstärke des Stützröllchens an seinem vorderen Ende möglichst klein sein soll, damit der Übergang von der Wandstärke des Kolbenhalses zu der des Systems Kolbenhals/Stützröllchen möglichst kontinuierlich ist. Gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Wandstärke am vorderen Ende des Stützröllchens kleiner gleich, bevorzugt kleiner als 50%, der ursprünglichen Wandstärke des Kolbens an dieser Stelle ist. Dann ist die verstärkte Wandstärke nach dem Verschmelzen bzw. Anschmelzen maximal das 1,5-fache der ursprünglichen Wandstärke.

[0011] Vorteilhaft ist ein Bereich am vorderen Ende des Kolbenhalses (im folgenden Einzug genannt) frei vom Stützröllchen. Es wird empfohlen, daß der Einzug maximal dem Zweifachen des Außendurchmesser des Stützröllchens an dessen vorderem Ende entspricht. Absolut gesehen sollte der Einzug bevorzugt zwischen 3 und 25 mm betragen.

[0012] Eine weitere Verbesserung und Optimierung der Berstdruckfestigkeit wird dadurch erzielt, daß die Kolbeninnenwand im Bereich des Einzugs an die konische Außenfläche vorne am Stützröllchen derart anschließt, daß der Winkel β zwischen der Stirnfläche des Stützröllchens und der Kolbeninnenwand im Bereich des Einzugs maximal 90°, bevorzugt höchstens gleich α und bevorzugt kleiner gleich α - 15° ist, wenn α der Winkel ist, der einem tangentialen Anschluß der Kolbeninnenwand an der Stirnfläche des Stützröllchens entspricht. Die Kolbeninnenwand im Bereich des Einzugs steht daher typisch über das Stützröllchen nach innen über.

[0013] Unter dem Begriff eines konischen Stützröllchens ist hier nicht ausschließlich ein Konus mit gerader Mantelfläche zu verstehen, sondern auch, daß die Erzeugende der konischen Mantelfläche eine geschwungene Kurve darstellt, so daß die Mantelfläche etwas ausgebaucht, aber insgesamt noch konisch, ist. Das konische Stützröllchen kann auch an seinem hinteren Ende ein kurzes zylindrisches Ansatzstück (maximal 30% der Gesamtlänge) mit konstantem Durchmesser besitzen. Dieses ist jedoch für die erfindungsgemäße Funktion bedeutungslos.

[0014] Die wichtigste Anwendung der vorliegende Erfindung bezieht sich darauf, daß der Kolben mit Quecksilber gefüllt ist, wobei die Füllmenge bis zu 150 mg/cm³, typisch 30 bis 100 mg/cm³, beträgt. Typische Leistungen der Lampe liegen bei mindestes 1 kW.

[0015] Die erzielte Drucksteigerung wird durch eine bessere geometrische Anpassung der Wanddicken beim Übergang zwischen der reinen Kolbenwand und der durch das Stützröllchen verstärkten Wand erreicht. Dadurch kann letztlich der Kolbenhals an dieser Stelle konisch verengt werden. Bevorzugt ist ein maximaler Außendurchmesser des Stützröllchens von bis zu 20 mm, insbesondere bis zu 15 mm, am hinteren Ende. Insgesamt wird also ein geringerer Durchmesser, und damit auch eine kleinere Oberfläche, im vorderen Bereich des Kolbenhalses geschaffen. Dadurch wird der Berstdruck erhöht. Die Verbindung zwischen Kolbenhals und Stützröllchen wird durch das an sich bekannte Aufschmelzen des Kolbenhalses auf das vorne schmalere Stützröllchen geschaffen.

[0016] Durch den Einzug am Kolbenhals ergibt sich eine günstigere Verteilung der durch den Innendruck der Füllung verursachten Kraft im Kolbenhals. Der Kolbenhals ist ein empfindlicher Bereich der Lampe. Es hat sich herausgestellt, daß die Druckstabilität des Kolbenhalses mit dem Verhältnis Wandstärke:Durchmesser steigt. Bei gleicher Wandstärke wird daher eine erhöhte Stabilität dadurch erzielt, daß der Durchmesser der Verbindungsstelle verringert wird durch das konische Stützröllchen.

Figuren

[0017] Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1

eine Quecksilber-Hochdruckentladungslampe im Schnitt

Figur 2

ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stützröllchens

Figur 3

ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stützröllchens

Beschreibung der Zeichnungen

[0018] Figur 1 zeigt eine Quecksilber-Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Leistung von 2,5 kW im Schnitt. Sie hat einen Kolben 2 aus Quarzglas mit einer Wandstärke von 4 mm. Er ist elliptisch, tonnenförmig o.ä. geformt und umschließt ein Entladungsvolumen 3. Daran schließen sich an beiden Seiten diametral gegenüberstehend zwei Kolbenhälse 4 an (nur einer ist gezeigt).

[0019] Diese besitzen einen vorderen konischen Teil 4a, der ein Stützröllchen 5 aus Quarzglas enthält, und einen hinteren zylindrischen Teil 4b, der die abdichtende Einschmelzung bildet. Der vordere Teil 4a weist einen Einzug 6 von 5 mm Länge auf. Daran schließt sich ein Stützröllchen 5 mit Bohrung 7 an, das konisch geformt ist. Sein Innendurchmesser ist 7 mm, sein Außendurchmesser am vorderen Ende ist 11 mm, der Außendurchmesser am hinteren Ende ist 15 mm. Die Wandstärke des Kolbens in diesem Bereich ist etwa 4 mm. Die axiale Länge des Stützröllchens ist 22 mm.

[0020] In der Bohrung 7 des Stützröllchens ist ein Elektrodenstab 10 mit einem Durchmesser von 6 mm axial geführt, der bis in das Entladungsvolumen reicht, und dort einen Elektrodenkopf 11 als Anode trägt. Der Stab 10 ist über das Stützröllchen 5 hinaus nach hinten verlängert und endet an einem Teller 12, an den sich ein zylindrischer Quarzblock 13 anschließt. Dahinter folgt ein zweiter Teller 14, der mittig eine Außenstromzuführung in Form eines Molybdänstabs 15 hält. An der Außenfläche des Quarzblocks sind vier Folien 16 aus Molybdän in an sich bekannter Weise entlanggeführt und an der Wand des Kolbenhalses eingeschmolzen.

[0021] Die Kolbeninnenwand ist am Vorderende des Stützröllchens in etwa tangential über die Mantelfläche des Stützröllchens hinaus weitergeführt, d.h. β=α.

[0022] Das konische Stützröllchen 5 führt zu einer Steigerung des Berstdrucks um 200 %, verglichen mit dem o.e. Stand der Technik. Durch den Einzug von 5 mm wird der Berstdruck um weitere 100% erhöht.

[0023] Figur 2 zeigt ein Stützröllchen 20, dessen äußere Mantelfläche 21 leicht konvex ausgebaucht ist. Das Verhältnis der Außendurchmesser am vorderen und am hinteren Ende ist 1,9.

[0024] Figur 3 zeigt ein Stützröllchen 25 mit gerader Mantelfläche 26 und einem Verhältnis der Außendurchmesser am vorderen und am hinteren Ende von 1,4. Am hinteren Ende kann ein zylindrisches Ansatzstück 27 mit konstantem Außendurchmesser sitzen. Seine Länge beträgt etwa 10% der Gesamtlänge des Stützröllchens 25. Am vorderen Ende, wo sich die Stirnfläche 28 befindet, ist die Kolbeninnenwand 29 so an das Stützröllchen 25 angeschlossen, daß sie einen Winkel von β = 70° mit der Stirnfläche 28 bildet. Dagegen beträgt der Tangentialwinkel α = 86°.

Ansprüche

1. Hochdruckentladungslampe (1), bestehend aus einem Kolben (2) aus Quarzglas mit zwei im wesentlichen zylindrischen Kolbenhälsen (4a,4b), in denen zwei Elektroden (11), die sich diametral gegenüberstehen, mittels Elektrodenstäben (10) gehaltert sind, wobei jeder Stab (10) im vorderen Teil des Kolbenhalses von einem Stützröllchen (5;20;25) ummantelt ist, das mit der Kolbenwand im Bereich des Kolbenhalses verschmolzen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützröllchen (5;20;25) an seiner Außenseite konisch geformt ist und in Richtung zur Elektrode (11) hin spitz zuläuft, so daß der Außendurchmesser des vorderen Endes des Stützröllchens kleiner als der Außendurchmesser des hinteren Endes des Stützröllchens ist.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des hinteren Endes des Stützröllchens (5;20;25) und dem Außendurchmesser des vorderen Endes des Stützröllchens (5;20;25) zwischen 1,1 und 2,5 beträgt.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Stützröllchens (5;20;25) an seinem vorderen Ende kleiner gleich, bevorzugt kleiner als 50%, der Wandstärke des Kolbens an dieser Stelle ist.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich des Kolbenhalses, Einzug (6) genannt, an dessen vorderen Ende frei vom Stützröllchen ist.

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzug (6) maximal dem Zweifachen des Außendurchmesser des Stützröllchens an dessen vorderem Ende entspricht.

6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einzug (6) zwischen 3 und 25 mm beträgt.

7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbeninnenwand (29) im Bereich des Einzugs (6) an die konische Außenfläche des Stützröllchens derart anschließt, daß der Winkel β zwischen der Stirnfläche (28) des Stützröllchens und der Kolbeninnenwand im Bereich des Einzugs höchstens gleich α und bevorzugt kleiner gleich α -15° ist, wenn α der Winkel ist, der einem tangentialen Anschluß der Kolbeninnenwand (29) an das Stützröllchen (25) entspricht.

8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugende der konischen Mantelfläche eine Gerade (21) oder eine geschwungene Kurve (26) ist.

9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) mit Quecksilber gefüllt ist, wobei die Füllung bis zu 150 mg/cm³ beträgt.

10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Lampe (1) mindestes 1 kW beträgt.

Claims

1. High-pressure discharge lamp (1), comprising a bulb (2) made from quartz glass and having two substantially cylindrical bulb necks (4a, 4b) in which two electrodes (11) which oppose one another diametrically are held by means of electrode rods (10), each rod (10) in the front part of the bulb neck being sheathed by a support roller (5; 20; 25) which is fused with the bulb wall in the region of the bulb neck, characterized in that the support roller (5; 20; 25) is conically shaped on its outer side and tapers sharply in the direction towards the electrode (11) such that the outside diameter of the front end of the support roller is smaller than the outside diameter of the rear end of the support roller.

2. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that the ratio between the outside diameter of the rear end of the support roller (5; 20; 25) and the outside diameter of the front end of the support roller (5; 20; 25) is between 1.1 and 2.5.

3. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that the wall thickness of the support roller (5; 20; 25) at its front end is smaller than or equal to, preferably smaller than 50%, of the wall thickness of the bulb at this location.

4. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that a region, termed constriction (6), of the bulb neck is free from the support roller at its front end.

5. High-pressure discharge lamp according to Claim 4, characterized in that the constriction (6) corresponds at most to twice the outside diameter of the support roller at the front end thereof.

6. High-pressure discharge lamp according to Claim 4, characterized in that the constriction (6) is between 3 and 25 mm.

7. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that the bulb inner wall (29) in the region of the constriction (6) adjoins the conical outer surface of the support roller in such a way that the angle β between the end face (28) of the support roller and the bulb inner wall in the region of the constriction is at most equal to α and preferably less than or equal to α - 15°, if α is the angle which corresponds to a tangential connection of the bulb inner wall (29) to the support roller (25).

8. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that the generatrix of the conical lateral surface is a straight line (21) or a sweeping curve (26).

9. High-pressure discharge lamp according to Claim 1, characterized in that the bulb (2) is filled with mercury, the filling being up to 150 mg/cm³.

10. High-pressure discharge lamp according to Claim 9, characterized in that the power of the lamp (1) is at least 1 kW.

Revendications

1. Lampe (1) à décharge haute pression, constituée d'une ampoule (2) en verre au quartz ayant deux cols (4a, 4b) d'ampoule sensiblement cylindriques, dans lesquels sont maintenus au moyen de barreaux (10) d'électrode deux électrodes (11) qui sont diamétralement opposées, chaque barreau (10) étant entouré dans la partie avant du col de l'ampoule d'un rouleau (5 ; 20 ; 25) d'appui qui est scellé à la paroi de l'ampoule dans la région du col de l'ampoule, caractérisée en ce que la face extérieure du rouleau (5 ; 20 ; 25) d'appui est conique et pointe en direction de l'électrode (11), de sorte que le diamètre extérieur de l'extrémité avant du rouleau d'appui est inférieur au diamètre extérieur de l'extrémité arrière du rouleau d'appui.

2. Lampe à décharge haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le rapport entre le diamètre extérieur de l'extrémité arrière du rouleau (5 ; 20 ; 25) d'appui et le diamètre extérieur de l'extrémité avant du rouleau (5 ; 20 ; 25) d'appui est compris entre 1,1 et 2,5.

3. Lampe à décharge haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de paroi du rouleau (5 ; 20 ; 25) d'appui à son extrémité avant est plus petite et, de préférence plus petite que 50 % de l'épaisseur de la paroi de l'ampoule en cet endroit.

4. Lampe à décharge haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'une partie du col de l'ampoule dénommée renfoncement (6) est, à son extrémité avant, dégagée du rouleau d'appui.

5. Lampe à décharge haute pression suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le renfoncement (6) correspond au maximum à deux fois le diamètre extérieur du rouleau d'appui à son extrémité avant.

6. Lampe à décharge haute pression suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le renfoncement (6) est compris entre 3 et 25 mm.

7. Lampe à décharge haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi (29) intérieure de l'ampoule se raccorde dans la partie du renfoncement (6) à la surface extérieure conique du rouleau d'appui, de sorte que l'angle β entre la surface (28) frontale du rouleau d'appui et la paroi intérieure de l'ampoule dans la partie du renfoncement est au plus égal à α et, de préférence, plus petit que α -15° lorsque α est l'angle qui correspond à un raccordement tangentiel de la paroi (29) intérieure de l'ampoule au rouleau (25) d'appui.

8. Lampe à décharge haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la génératrice de la surface latérale conique est une droite (21) ou une courbe (26) arquée.

9. Lampe à décharge haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'ampoule (2) est emplie de mercure, l'atmosphère allant jusqu'à 150 mg/cm³.

10. Lampe à décharge haute pression suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la puissance de la lampe (1) est d'au moins 1 kW.

Zeichnung