Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfe

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Natriumhochdrucklampen, vor allem mit einer außen am keramischen Entladungsgefäß angebrachten Zündhilfe. Aber auch Metallhalogenidlampen eignen sich.

Stand der Technik

[0002] Aus der EP-A 592 040 ist bereits eine Natriumhochdrucklampe mit äußerer Zündhilfe bekannt. Beim Zünden von Natriumhochdrucklampen erfolgt der elektrische Durchschlag durch einen Hochspannungsimpuls, der zwischen den beiden im keramischen Entladungsgefäß befindlichen Elektroden angelegt wird. Der Absolutwert dieser Hochspannung wird bestimmt durch die geometrischen Abmessungen des Entladungsgefäßes und insbesondere durch den Kaltfülldruck des darin befindlichen Edelgases (meist Xenon). Ein hoher Kaltfülldruck führt einerseits zu hohen Lichtausbeuten und guter Maintenance, erfordert aber andererseits entsprechend große Zündspannungen, die nicht ohne weiteres zur Verfügung stehen.

[0003] Man behilft sich durch eine außen am Entladungsgefäß angebrachte elektrisch leitende, metallische Zündhilfe. Sie ist entweder ein separates Teil oder ein Streifen, der auf das keramische Entladungsgefäß aufgesintert ist. Das separate Teil kann die Gestalt eines am Entladungsgefäß anliegenden Drahtes oder einer Wendel aus hochschmelzendem Metall haben. Es wird mittels eines Bimetalls angedrückt. Im laufenden Betrieb hebt das Bimetall diese Zündhilfe vom Entladungsgefäß ab. Dies ist nötig, da die Zündhilfe elektrisch mit einer der beiden Elektroden verbunden ist und so zwischen der Zündhilfe und der zweiten Elektrode eine hohe elektrische Feldstärke vorliegt, die zur Diffusion des Natriums durch die Wand des Entladungsgefäßes führt. Das Bimetall hat allerdings den Nachteil, daß es schwierig zu montieren ist. Außerdem kann es nach einiger Zeit ermüden oder sich lösen und so zu vorzeitigen Lampenausfällen führen.

[0004] Bei Zündhilfen ohne direkten elektrischen Kontakt zur Netzspannung wird auf ein Bimetall verzichtet. Es werden statt dessen axiale Zündstreifen und ein geschlossener Ring um jede Elektrode verwendet. Die Zündhilfe ist hierbei nur kapazitiv an den Zündimpuls gekoppelt, wobei diese Kopplung von der Fläche der Zündhilfe und dem Abstand zwischen Zündhilfe und Elektrode abhängt. Da sie auf freischwebendem Potential liegt, wird die Natriumdiffusion verhindert.

[0005] Bei nicht kontaktierter, kapazitiver Zündhilfe hängt das Potential der Zündhilfe von dem Spannungsteiler ab, den die Kapazitäten zwischen der Zündhilfe und den Elektroden bilden. Eine Rolle spielen auch hochohmige, galvanische Verbindungen zwischen der Zündhilfe und den Elektroden durch die endliche Leitfähigkeit der Keramik und entlang der Keramik. Bei symmetrischem Aufbau wird das Potential der Zündhilfe in der Mitte zwischen Masse und dem Potential des Zündimpulses liegen. Es steht dann also nur der halbe Spannungswert für den Durchschlag zwischen Elektrode und Wand des Entladungsgefäßes zur Verfügung. Der Durchschlag kann sowohl zwischen der Masse-Elektrode und der Wand mit Zündhilfe als auch zwischen der auf Hochspannung liegenden Elektrode und der Wand mit Zündhilfe erfolgen. Denn in beiden Fällen liegt ein ähnlicher Potentialunterschied vor.

[0006] Der Durchschlag bildet sich in beiden Fällen, also sowohl bei direkter als auch bei kapzitiver Kopplung, gleichermaßen aus. Zunächst entsteht eine Entladung zwischen der ersten Elektrode, an der der Hochspannungsimpuls anliegt, und der nächstgelegenen Stelle der Keramikwand, an der außen die Zündhilfe sitzt. Die Entladung breitet sich entlang der Zündhilfe an der Keramikwand aus, bis es schließlich zum Durchschlag zur zweiten Elektrode hin kommt.

[0007] Ohne direkten elektrischen Kontakt zur Netzspannung stellt sich an der Zündhilfe wegen der kapazitiven Kopplung ein Potential ein, das zwischen dem des Hochspannungsimpulses an der ersten Elektrode und dem Nullpotential der zweiten Elektrode liegt. Die Potentialdifferenz zwischen dem Hochspannungsimpuls und der Zündhilfe ist demzufolge geringer, als wenn die Zündhilfe auf dem Potential einer der Elektroden liegt. Das heißt, daß der Zündspannungsbedarf sich bei nicht kontaktierter Zündhilfe deutlich erhöht.

[0008] Ein spezieller Nachteil der aus EP-A 592 040 bekannten aufgesinterten, kapazitiven Zündhilfe mit zwei Ringen liegt darin, daß die Ringe fertigungstechnisch umständlich aufzubringen sind, was hohe Kosten verursacht. Außerdem ist der erforderliche Absolutwert der Zündspannung relativ hoch. Andererseits zündet ein einfacher, kostengünstiger Zündstreifen nicht zuverlässig genug und der erforderliche Absolutwert der Zündspannung ist noch deutlich höher als bei der Ringlösung.

Darstellung der Erfindung

[0009] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdrucklampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die unproblematisch zündet und deren Zündhilfe einfach und kostengünstig herzustellen ist.

[0010] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

[0011] Die Erfindung verzichtet auf einen geschlossenen Ring (Vollkreis) um die Elektrode am Ende des Zündstreifens.

[0012] Statt dessen ist ein längsgestreckter Zündstreifen in Höhe jeder Elektrode durch eine Kopplungsfläche verbreitert, so daß die Kapazität, die die Elektrode mit der Kopplungsfläche bildet, deutlich vergrößert wird. Dadurch erhöht sich die Ladungsmenge beträchtlich, die beim Anlegen des Zündimpulses zwischen der Elektrode und der Innenfläche des Keramikrohres fließt, und es entsteht eine stärkere Ionisation des Gases. Die Kopplungsfläche hat eine maximale Querausdehnung entsprechend einem Zentriwinkel a von höchstens 180°, insbesondere 50° bis 120°.

[0013] Diese Konstruktion hat gegenüber dem Zündstreifen mit den beiden leitfähigen Ringen den Vorteil, auf der Elektrode eine unsymmetrische Feldstärkeverteilung zu erzeugen. Aus diesem Grunde ist die für einen Durchschlag erforderliche Spannung deutlich geringer als bei der symmetrischen Ringanordnung. Die zweite Ausführung mit den Querstreifen soll den Verlust an Feldstärke vermeiden, der durch eine im Fertigungsprozeß nicht vollständig auszuschließende Schieflage der Elektroden entstehen kann: Der für die auf der Elektrode erzeugte Feldstärke verantwortliche minimale Abstand Elektrode - Querstreifen vergrößert sich auch bei einer außeraxialen Lage der Elektrode nur unwesentlich, so daß die dadurch verursachte Streuung der Zündspannung verkleinert wird.

[0014] Eine vorteilhafte Gestaltung der Zündhilfe besteht darin, daß die Kopplungsflächen an beiden Enden des Zündstreifens als leitfähige Querstreifen ausgebildet sind, die sich über weniger als den halben Umfang des Entladungsrohres erstrecken.

[0015] Die Elektrode besteht vorteilhaft aus einem Schaft mit gegebenem Durchmesser D und einem breiteren Teil, insbesondere einer Wendel oder Kugel, mit größerer Querabmessung, wobei die Kopplungsfläche im Bereich des breiteren Teils angebracht ist.

[0016] Die erfindungsgemäße Kopplungsfläche erhöht die Kapazität gegenüber der Elektrode und erzeugt einen besonders kräftigen Zündfunken. Überdies ist sie erheblich leichter aufzubringen als ein Vollkreis. Detaillierte Untersuchungen haben ergeben, daß bei gleicher Größe der Fläche die benötigte Zündspannung bei einem Vollkreis größer ist als bei einem Teilkreis, insbesondere mit einem Zentriwinkel a von weniger als 180°. Es ist zu vermuten, daß die fehlende Symmetrie dieser Anordnung von Zündhilfe und Elektrode eine inhomogene Feldverteilung mit besonders hohen Spitzenfeldstärken auf der Elektrode hervorruft, die die Spitzenfeldstärken der symmetrischen Anordnung (mit Ringen) um einige Prozent (bis zu 5%) übersteigen. Die größeren Spitzenfeldstärken erleichtern einen Durchschlag und damit wird die erforderliche Zündspannung niedriger. Je kleiner der Zentriwinkel gewählt wird, desto größer ist die Asymmetrie und daher die Spitzenfeldstärke. Bei sehr kleinen Zentriwinkeln unter 45° läßt allerdings die kapazitive Kopplung wieder nach. Optimal ist daher ein Zentriwinkel von 50 bis 120°. Die Kopplungsfläche kann bevorzugt eine quadratische, elliptische oder kreisförmige Fläche besitzen und insbesondere ein Querstreifen in Gestalt eines Teilkreises sein.

[0017] Grundsätzlich gilt: Je größer die kapazitive Fläche in der Nähe einer ersten Elektrode ist, desto leichter kommt es zum Durchschlag zwischen dieser Elektrode und der Wand des Entladungsgefäßes.

[0018] Die hier vorgestellt Zündhilfe ist einfach und kostengünstig herstellbar, beispielsweise durch ein Siebdruck- oder Stempeldruckverfahren, ohne daß eine aufwendige Manipulation bzw. ein Drehen des Entladungsgefäßes notwendig wäre. Zudem ist die Zündspannung niedriger bei gleicher Kopplungsfläche an den Streifenenden im Vergleich zum Stand der Technik. Ursache dafür ist die Inhomogenität der elektrischen Feldstärke zwischen der Kopplungsfläche und der Elektrode. Dagegen bewirkt die bekannte ringförmige Anordnung wegen ihrer Radialsymmetrie insgesamt ein niedrigeres elektrisches Feld an der Elektrode. Dementsprechend kann die angelegte Zündspannung bei der vorliegenden Erfindung niedriger sein, um an der Elektrode die für den Durchschlag erforderliche Feldstärke zu erzeugen.

[0019] Als Hochdruckentladungslampen sind insbesondere Natriumhochdrucklampen mit oder ohne Quecksilber sowie Metallhalogenidlampen zu verstehen.

Figuren

[0020] Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1

ein Entladungsgefäß für eine Natriumhochdrucklampe, in Seitenansicht (Figur 1a, geschnitten), in Draufsicht (Figur 1b) und im Querschnitt (Figur 1c), wobei die Zündhilfe eine quadratische Kopplungsfläche besitzt;

Figur 2

eine Darstellung des Standes der Technik;

Figur 3

ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Entladungsgefäßes mit Querstreifen an den Enden des Längsstreifens als Kopplungsfläche;

Figur 4

ein weiteres Ausführungsbeispiel von Kopplungsflächen;

Figur 5

zwei weitere Ausführungsbeispiele von Kopplungsflächen.

Beschreibung der Zeichnungen

[0021] In Figur 1 ist ein Entladungsgefäß 1 aus Aluminiumoxid-Keramik für eine Natriumhochdrucklampe mit 70 W Leistung gezeigt, das einen Abstand zwischen den beiden Elektroden 2 von 37 mm hat, mit einer Wandstärke von 0,6 mm und mit einer Füllung aus Xenon von 1.5·10⁴ Pa (150 mbar) Kaltfülldruck sowie Natrium. Dabei wird ein stabförmiger Zündstreifen 4 von 40 mm Länge und mit einer Breite B von 0,8 mm verwendet. Seine Fläche F beträgt 32 mm². An den beiden Enden 5 des Zündstreifens 4 ist in Höhe jeder Elektrode 2 quer zum Zündstreifen eine Kopplungsfläche 6 angebracht, und zwar in Höhe der auf den Schaft 11 der Elektrode aufgeschobenen Wendel 3.

[0022] In diesem ersten Ausführungsbeispiel sind zwei im wesentlichen quadratische Kopplungsflächen 6 mit 3 mm Kantenlänge an beiden Enden des Zündstreifens angebracht. Sie entsprechen in etwa einem Teilkreis mit einem Zentriwinkel α = 50°. Die Zündspannung dieser Anordnung (Messungen C1, C2 in Tabelle 1) wurde mit dem Stand der Technik verglichen, bei dem zum einen bei einem identischen Entladungsgefäß auf eine Zündhilfe verzichtet wurde (Messung A), oder als Zündhilfe nur der gleich große Zündstreifen verwendet wurde (Messung B) oder zusätzlich ein ringförmiger Querstreifen 10 am Ende des gleich großen Zündstreifens 4 gemäß Figur 2 gelegt ist (Messungen D1, D2).

[0023] In einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 wurde die Kopplungsfläche 16 an jedem Ende des Zündstreifens 4 so gestaltet, daß sie einen schmalen Querstreifen bildet. Er bildet in etwa einen Teilkreis 6 mit einem Zentriwinkel von α = 120°.

[0024] Die Abmessungen der Systeme wurden jeweils so gewählt, daß die Kopplungsfläche der Zündhilfe in beiden Fällen gleich groß war. Die Zündhilfe ist hier in allen Fällen nur kapazitiv gekoppelt. Der Zündimpuls wird an die erste Elektrode angelegt, während die zweite Elektrode auf Nullpotential liegt. Meßergebnisse der Zündhilfe mit Teilkreis an den Enden sind in Tabelle 1 mit den anderen Versionen aus dem Stand der Technik verglichen.

[0025] Das Ergebnis läßt sich so interpretieren, daß bei kleiner Kopplungsfläche des Querstreifens (4 bis 20 mm²) der zündfördernde Effekt so klein ist, daß keine Unterschiede zwischen Teilkreis und Ring erkennbar sind. Bei größerer Fläche (mehr als 20 mm²) des Querstreifens ist der Teilkreis dem Ring überlegen, da sich die Zündspannung merklich verringert.

Tabelle 1

Zündverhalten für verschiedene Zündhilfskonstruktionen
Ausführungsform	Fläche des Querstreifens (in mm2)	Zündspannung (in kV)
A: Entladungsgefäß ohne Zündhilfe	0	2,80
B: Entladungsgefäß mit Zündstreifen	0	1,96
C1: Entladungsgefäß mit Zündstreifen und Teilkreis	9	1,90
D1: Entladungsgefäß mit Zündstreifen und Vollkreis	9	1,90
C2: Entladungsgefäß mit Zündstreifen und Teilkreis	65	1,76
D2: Entladungsgefäß mit Zündstreifen und Vollkreis	65	1,80

[0026] In einem anderen Ausführungsbeispiel (Figur 4) ist die Fläche des Teilkreises 15 am zweiten Ende 16 des Zündstreifens 4 nur halb so groß wie die Fläche des Teilkreises 17 am ersten Ende 18, da am zweiten Ende 16 eine kleinere Zündspannung für den Überschlag genügt, nachdem die Lampe an der ersten Elektrode gezündet hat. Somit ist die optische Abschattung geringer.

[0027] Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 gezeigt. Hier ist der Querstreifen nicht rechteckig, sondern als Kreis 20 bzw. als Ellipse 21 (gestrichelt gezeichnet) geformt. In beiden Fällen liegt das Zentrum des Querstreifens 20 bzw. 21 am Ende des Zündstreifens 4.

[0028] Insbesondere bei speziellen optischen Anforderungen kann der Querstreifen auch asymmetrisch zum Zündstreifen angeordnet sein.

Ansprüche

1. Hochdrucklampe mit einem keramischen, rohrförmigen Entladungsgefäß (1), in dem zwei Elektroden (2) einander gegenüberliegen, wobei außen am Entladungsgefäß (1) eine elektrisch leitende Zündhilfe angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündhilfe aus einem achsparallelen Längsstreifen (4) vorgegebener Breite B besteht, dem etwa in Höhe jeder Elektrode (2) eine das Entladungsgefäß (1) umgebende Kopplungsfläche (6;15;17) mit einer maximalen Querausdehnung entsprechend einem Zentriwinkel α von höchstens 180°, insbesondere 50° bis 120°, angesetzt ist.

2. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsfläche mindestens 4 mm² umfaßt.

3. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsfläche als ein Querstreifen (6;15;17) mit gegebener Länge und Breite ausgebildet ist.

4. Hochdrucklampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsfläche mindestens etwa so groß ist wie die Fläche F eines das Entladungsgefäß umgebenden Vollkreises der Breite B, insbesondere bis zum Doppelten der Fläche F.

5. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsfläche höchstens 70 mm² umfaßt

6. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsfläche die Gestalt eines Teil- oder Vollkreises (20) oder einer Ellipse (21) hat.

7. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsfläche (6;15;17) symmetrisch zum Längsstreifen angeordnet ist.

8. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsfläche (6;15;17) jeweils am Ende des Längsstreifens (4) angebracht ist.

9. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe eine Natriumhochdrucklampe ist, insbesondere mit einer Füllung im Entladungsgefäß, die Natrium und Xenon enthält, wobei der Kaltfülldruck des Xenons mindestens 10⁴ Pa (100 mbar) beträgt.

10. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (2) aus einem Schaft (11) mit gegebenem Durchmesser D und einem Teil (3), insbesondere einer Wendel oder Kugel, mit größerer Querabmessung als der Schaft besteht, wobei die Kopplungsfläche (6) im Bereich des breiteren Teils (3) angebracht ist.

Claims

1. High-pressure lamp having a ceramic, tubular discharge vessel (1), in which two electrodes (2) are situated opposite one another, an electrically conducting starting aid being fitted outside on the discharge vessel (1), characterized in that the starting aid comprises an axially parallel longitudinal strip (4) of prescribed width (B) to which there is attached approximately at the level of each electrode (2) a coupling surface (6; 15; 17) which surrounds the discharge vessel (1) and has a maximum transverse extent, corresponding to a centre angle α of at most 180°, in particular 50° to 120°.

2. High-pressure lamp according to Claim 1, characterized in that the coupling surface covers at least 4 mm².

3. High-pressure lamp according to Claim 1, characterized in that the coupling surface is constructed as a transverse strip (6; 15; 17) of given length and width.

4. High-pressure lamp according to Claim 2, characterized in that the coupling surface is at least approximately as large as a surface F of a complete circle, which surrounds the discharge vessel and is of width B, in particular up to twice the surface F.

5. High-pressure lamp according to Claim 1, characterized in that the coupling surface covers at most 70 mm².

6. High-pressure lamp according to Claim 1, characterized in that the coupling surface has the shape of a partial or complete circle (20) or an ellipse (21).

7. High-pressure lamp according to Claim 1, characterized in that the coupling surface (6; 15; 17) is arranged symmetrically relative to the longitudinal strip.

8. High-pressure lamp according to Claim 1, characterized in that the coupling surface (6; 15; 17) is fitted in each case on the end of the longitudinal strip (4).

9. High-pressure lamp according to Claim 1, characterized in that the lamp is a sodium highpressure lamp, in particular having a filling in the discharge vessel, which contains sodium and xenon, the cold filling pressure of the xenon being at least 10⁴Pa (100 mbar).

10. High-pressure lamp according to Claim 1, characterized in that the electrode (2) comprises a shaft (11) of given diameter D and a part (3), in particular a helix or a sphere, of greater transverse dimension than the shaft, the coupling surface (6) being fitted in the region of the wider part (3).

Revendications

1. Lampe à décharge à haute pression, comprenant une enceinte (1) de décharge tubulaire en céramique, dans laquelle deux électrodes (2) se font face, une aide à l'allumage conductrice de l'électricité étant posée à l'extérieur sur l'enceinte (1) de décharge, caractérisée en ce que l'aide à l'allumage est constituée d'une bande (4) longitudinale parallèle à l'axe d'une largeur (B) donnée à l'avance, à laquelle est rattachée à peu près au niveau de chaque électrode (2) une surface (6 ; 15 ; 17) de couplage entourant l'enceinte (1) de décharge d'une étendue transversale maximum correspondant à un angle a au centre d'au plus 180°, notamment de 50° à 120°.

2. Lampe à haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de couplage est d'au moins 4 mm².

3. Lampe à haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de couplage est constituée sous la forme d'une bande (6 ; 15 ; 17) transversale de longueur et de largeur données.

4. Lampe à haute pression suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la surface de couplage est au moins à peu prés aussi grande que la surface F d'un cercle entier entourant l'enceinte de décharge de largeur B, en représentant notamment jusqu'au double de la surface F.

5. Lampe à haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de couplage est au plus de 70 mm².

6. Lampe à haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de couplage a la forme d'un cercle (20) partiel ou complet ou d'une ellipse (21).

7. Lampe à haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la surface de couplage (6; 15; 17) est symétrique par rapport à la bande longitudinale.

8. Lampe à haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la surface (6 ; 15 ; 17) de couplage est placée respectivement à l'extrémité de la bande (4) longitudinale.

9. Lampe à haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la lampe est une lampe à haute pression au sodium en ayant, notamment dans l'enceinte de décharge, une atmosphère qui contient du sodium et du xénon, la pression de remplissage à froid du xénon étant d'au moins 10⁴ Pa (100 mbar).

10. Lampe à haute pression suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode (2) est constituée d'une tige (11 ) d'un diamètre D donné et d'une partie (3), notamment d'un filament ou d'une bille, de plus grande dimension transversale que la tige, la surface (6) de couplage étant placée dans la zone de la partie (3) plus large.

Zeichnung