DE102008003907A1

DE102008003907A1 - Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102008003907A1
Application number: DE200810003907
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Bruchhausen; Benno Felderhoff; Manfred KÄMMER; Andreas Naujoks
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2009-07-16

Abstract

Hochdruckentlastungslampe mit einer ionisierbaren Füllung, die im Innenraum (10) eines Entladungsgefäßes (1) eingeschlossen ist, das mindestens ein mit einer Molybdänfolienabdichtung (2) versehenes Ende (11) aufweist, und mindestens einer Elektrode (4), die mit der Molybdänfolienabdichtung (2) verbunden ist und in den Innenraum (10) des Entladungsgefäßes (1) hineinragt, wobei eine Wendel (5) vorgesehen ist, die einen Abschnitt der Elektrode (4) umgibt, der im Bereich des mit der Molybdänfolienabdichtung (2) versehenen Endes (11) des Entladungsgefäßes (1), außerhalb der Molybdänfolienabdichtung (2), angeordnet ist, wobei die Wendel (5) oder der mit der Wendel (5) umwickelte Abschnitt der Elektrode (4) zumindest an der Oberfläche ein Material enthalten, das als Getter für im Entladungsgefäß (1) eingeschlossene Stoffe mit korrosiver Wirkung auf die Molybdänfolienabdichtung (2) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
I. Stand der Technik
Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der WO 2006/058513 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe für einen Kfz-Scheinwerfer, deren Elektroden von einer Wendel aus Wolframdraht umgeben sind, um ein Haften der Elektrode an dem sie umgebenden Quarzglas zu verhindern und so die mechanischen Spannungen im Entladungsgefäß, welche durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Elektrodenmaterials und des Quarzglases verursacht werden, zu reduzieren.
Es hat sich gezeigt, dass Komponenten der ionisierbaren Füllung der Hochdruckentladungslampe aus dem Entladungsraum bis zu den Molybdänfolienabdichtungen diffundieren können und eine Korrosion der Molybdänfolien hervorrufen können und dadurch den Ausfall der Lampe verursachen können.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, bei der eine Korrosion der Molybdänfolienabdichtung durch korrosiv wirkende Stoffe und insbesondere durch Bestandteile der Füllung im Entladungsgefäß verhindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe besitzt eine als Entladungsmedium dienende Füllung, die im Innenraum eines Entladungsgefäßes eingeschlossen ist, das mindestens ein mit einer Molybdänfolienabdichtung versehenes Ende aufweist, und mindestens eine Elektrode, die mit der Molybdänfolienabdichtung verbunden ist und in den Innenraum des Entladungsgefäßes hineinragt, wobei eine Wendel vorgesehen ist, die einen Abschnitt der Elektrode umgibt, der im Bereich des mit der Molybdänfolienabdichtung versehenen Endes des Entladungsgefäßes angeordnet ist, und wobei die Wendel oder der mit der Wendel umwickelte Abschnitt der Elektrode erfindungsgemäß zumindest an der Oberfläche ein Material enthalten, das als Getter für im Entladungsgefäß eingeschlossene Stoffe mit korrosiver Wirkung auf die Molybdänfolienabdichtung ausgebildet ist.
Dadurch wird eine Korrosion der Molybdänfolie in der Molybdänfolienabdichtung verhindert, weil die korrosiven Komponenten der Füllung nur bis zur erfindungsgemäß ausgebildeten Wendel bzw. Elektrodenabschnitt vordringen können und nun mit dem Material der erfindungsgemäß ausgebildeten Wendel bzw. Elektrodenabschnitts reagieren anstatt mit der Molybdänfolie in der Molybdänfolienabdichtung. Die Wendel der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe übt somit zwei Funktionen aus. Erstens verhindert sie ein Haften der Elektrode an dem sie umgebenden Quarzglas des Entladungsgefäßes und zweitens verhindert oder reduziert sie die Korrosion der Molybdänfolie in der Molybdänfolienabdichtung.
Das vorgenannte Material der Wendel bzw. des Elektrodenabschnitts ist dabei vorteilhafterweise so ausgebildet, dass es als Getter für Komponenten der Füllung und insbesondere für Halogene oder Halogenverbindungen wirkt, weil insbesondere bei Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen, überschüssiges Halogen, beispielsweise Jod oder Brom, das nicht als Halogenid gebunden ist, aber auch Metallhalogenide aus der Füllung eine Korrosion der Molybdänfolie in der Molybdänfolienabdichtung verursachen können. Vorzugsweise ist das Material so ausgebildet, dass es auch als Getter für Silizium wirkt, das als Verunreinigung oder als Produkt einer chemischen Reaktion der Füllung mit dem Quarzglas des Entladungsgefäßes vorhanden sein kann.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Wendel von einem Draht gebildet, der aus Molybdän oder einer Molybdänlegierung besteht. Alternativ kann die Wendel aber auch von einem Draht aus einem bei sehr hohen Temperaturen schmelzenden Metall, vorzugsweise Wolfram, gebildet werden, dessen Oberfläche teilweise oder vollständig mit Molybdän oder einer Molybdänlegierung beschichtet ist. Außerdem kann die Beschichtung mit Molybdän oder Molybdänlegierung auch auf die Oberfläche der vorgefertigten Wendel oder des mit der Wendel versehenen Elektrodenabschnitts aufgebracht werden. Alle vorgenannten Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass zur Herstellung der Wendel die bekannten Fertigungsverfahren für Wolframwendeln genutzt werden können.
Die Wendeln auf den Elektroden der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe sollten nicht in den Entladungsraum hineinragen, um nicht die im Entladungsraum vorhandene Menge an Füllung zu binden und dadurch die Lichtemission der Hochdruckentladungslampe zu beeinträchtigen. Vorteilhafterweise sind die Wendeln aus diesem Grund in einem ausreichenden Abstand zu dem Entladungsraum bzw. Innenraum des Entladungsgefäßes angeordnet. Der Abstand der Wendeln zum Entladungsraum bzw. Innenraum ist daher vorzugsweise größer oder gleich 10 Prozent des Abstands der entsprechenden Molybdänfolienabdichtung von dem Entladungsraum bzw. Innenraum des Entladungsgefäßes.
Außerdem sind die Wendeln vorteilhafterweise derart auf den Elektroden der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe platziert, dass sie während des Lampenbetriebs Temperaturen ausgesetzt sind, die eine chemische Reaktion oder eine Ablagerung der in den Wendelbereich eingedrungenen Füllungskomponenten mit dem Material bzw. an dem Material der Wendel begünstigen. Vorzugsweise ist die Wendel zu diesem Zweck in einem Abstand zu der Molybdänfolienabdichtung angeordnet, der kleiner oder gleich 25 Prozent des Abstands der Molybdänfolienabdichtung von dem Innenraum des Entladungsgefäßes beträgt.
Um ihre zweite Funktion optimal ausüben zu können, liegt der Durchmesser des Wendeldrahtes der Wendel vorzugsweise im Bereich von 0,04 mm und 0,15 mm und der Abstand zweier benachbarter Windungen der Wendel liegt vorzugsweise im Bereich von 0,05 mm bis 0,6 mm und die Wendel erstreckt sich vorzugsweise über einen Bereich von 50 Prozent bis 90 Prozent des im Quarzglas des Entladungsgefäßes einge betteten Elektrodenabschnitts, der zwischen dem entladungsraumseitigen Ende der Molybdänfolienabdichtung und dem Innenraum des Entladungsgefäßes verläuft.
Anstelle von Molybdän oder einer Molybdänlegierung kann das Material mit Getterwirkung auch mindestens ein Metall aus der Gruppe von Rhenium, Osmium, Tantal, Niob, Iridium, Ruthenium und Hafnium umfassen. Dieses Material kann als partielle oder vollständige Beschichtung auf der Oberfläche der vorgefertigten Wendel bzw. auf der Oberfläche des vorgefertigten, mit der Wendel versehenen Elektrodenabschnitts oder auch bereits vor dem Wicklungsprozess auf dem Wendeldraht aufgebracht sein.
III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine Elektrode für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit auf der Elektrode angeordneter Wendel
2 Eine Elektrode für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit auf der Elektrode angeordneter Wendel
3 Ein abgedichtetes Ende des Entladungsgefäßes einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der in 1 abgebildeten Elektrode
Die 3 zeigt in schematischer, teilweise geschnittener Darstellung ein, mittels einer Molybdänfolienabdichtung 2 verschlossenes Ende 11 eines zweiseitig abgedichteten Entladungsgefäßes 1 einer Hochdruckentladungslampe für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, inklusive der Stromzuführung, die durch das verschlossene Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 hindurchgeführt ist. Bei der Lampe handelt es sich insbesondere um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 35 Watt. Im Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 ist eine Füllung angeordnet, die aus Xenon und den Halogeniden der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium besteht. Das Volumen des Entladungsgefäßes beträgt 0,24 mm³.
Die Stromzuführung weist eine gasdicht in dem verschlossenen Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 eingebettete Molybdänfolie 2 auf. Die Molybdänfolie 2 besitzt eine Länge von 6,5 mm, eine Breite von 2 mm und eine Dicke von 25 μm. Das von dem Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 abgewandte Ende der Molybdänfolie 2 ist mit einem Molybdändraht 3 verschweißt, der aus dem abgedichteten Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 herausragt. Das dem Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 zugewandte Ende der Molybdänfolie 2 ist mit einer stabförmigen, aus Wolfram oder aus mit Thoriumoxid dotiertem Wolfram bestehenden Elektrode 4 verschweißt, die in den Entladungsraum 10 hineinragt. Die Länge der Elektrode 4 beträgt 7,5 mm und ihre Dicke bzw. ihr Durchmesser 0,30 mm. Der Überlapp zwischen der Elektrode 4 und der Molybdänfolie 2 beträgt 1,30 mm ± 0,15 mm.
Auf der Elektrode 4 ist eine Wendel 5 mittig angeordnet, so dass ihr Abstand von den beiden Enden der Elektrode 4 jeweils 2,25 mm beträgt. Die Wendel 5 besitzt eine Länge von 3 mm. Sie besteht aus einem Molybdändraht, dessen Drahtstärke bzw. Drahtdurchmesser D = 0,060 mm beträgt. Der Innendurchmesser der Wendel 5 entspricht dem Durchmesser bzw. der Dicke der Elektrode 4. Die Wendel 5 erstreckt sich gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in 1 schematisch dargestellt, nur über den in dem verschlossenen Ende 11 des Entladungsgefäßes 1 angeordneten Abschnitt der Elektrode 4, der nicht mit der Molybdänfolie 2 überlappt. Der Abstand der Wendel 5 zur Molybdänfolie 2 beträgt 0,95 mm. Die Wendel 5 ragt nicht in den Entladungsraum 10 bzw. Innenraum 10 des Entladungsgefäßes hinein, sondern ist mit einem Abstand von 0,55 mm zum Entladungsraum 10 angeordnet. Der in den Entladungsraum 10 hineinragende Abschnitt der Elektrode 4 hat somit eine Länge von 1,7 mm. In 1 sind die Elektrode 4 und die Wendel 5 des Endes 11 des Entladungsgefäßes 1 vergrößert dargestellt. Abgesehen von der ersten Windung 51 und der letzten Windung 52 der Wendel 5 beträgt der Abstand L zwischen zwei benachbarten Windungen 0,35 mm. Die Steigung S einer Wendel berechnet sich aus dem Abstand L und dem Wendeldrahtdurchmesser D zu S = (L + D)/D. Die Steigung der Wendel 5 beträgt daher, abgesehen von ihrer ersten und letzten Windung, 6,83.
In 2 sind die Elektrode 4 und die Wendel 5' gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass bei der Wendel 5' auch die erste und letzte Windung im Abstand von 350 μm zu ihrer jeweils benachbarten Windung angeordnet sind, so dass die Wendel 5' durchgehend eine Steigung von 6,83 besitzt. In allen anderen Details stimmen die Wendeln 5 und 5' überein.
Das andere, nicht abgebildete verschlossene Ende des Entladungsgefäßes 1 ist identisch zu dem Ende 11 ausgebildet. Insbesondere besitzt es ebenfalls eine Elektrode wie in 1 bzw. 3 dargestellt. Der Abstand der in den Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 hineinragenden Enden der beiden Elektroden beträgt 4,2 mm. Die beiden Elektroden sind einander gegenüberliegend, in der Längsachse des Entladungsgefäßes 1 angeordnet.
Die Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt ferner einen Außenkolben, der das Entladungsgefäß 1 im Bereich des Entladungsraumes 10 umschließt, und einen Lampensockel. Diese Details sind beispielsweise in der EP 1 465 237 A2 beschrieben und abgebildet.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise kann der Innendurchmesser der Wendel 5 bzw. 5' auch größer als der Durchmesser der Elektrode 4 sein. Gute Resultate werden auch mit einer Wendel 5 erzielt, deren Innendurchmesser 0,33 mm beträgt und die auf eine Elektrode 4 mit einem Durchmesser von 0,30 mm angeordnet ist und in den übrigen Abmessungen mit der Wendel 5 des ersten Ausführungsbeispiels identisch ist.
Außerdem kann an Stelle der Molybdänwendel 5 auch eine Wendel verwendet werden, die aus Wolframdraht besteht, der teilweise oder vollständig mit Molybdän oder einer Molybdänlegierung beschichtet ist. Es ist ferner aber auch möglich, die Oberfläche des mit einer aus Wolframdraht bestehenden Wendel 5 umwickelten Abschnitts der Elektrode 4 mit Molybdän oder einer Molybdänlegierung teilweise oder vollständig zu beschichten. Das heißt, die Beschichtung kann auch auf der Elektrodenoberfläche angeordnet sein. Das Aufbringen von Molybdän oder einer Molybdänlegierung auf die Wendel bzw. den mit der Wendel umwickelten Elektrodenabschnitt kann beispielsweise durch Sputtern erfolgen.
Ferner eignen sich anstelle von Molybdän oder einer Molybdänlegierung auch andere Metalle für die oben beschriebene Getterwirkung. Insbesondere können anstelle von Molybdän oder einer Molybdänlegierung auch Metalle aus der Gruppe von Rhenium, Osmium, Tantal, Niob, Iridium, Ruthenium und Hafnium verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei Hochdruckentladungslampen für Kfz-Scheinwerfer beschränkt, sondern kann allgemein bei Hochdruckentladungslampen angewandt werden, die im Entladungsgefäß Stoffe, insbesondere Füllungsbestandteile, mit korrosiver Wirkung auf die Molybdänfolienabdichtungen enthalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/058513 A1 [0002]
- EP 1465237 A2 [0023]

Claims

Hochdruckentladungslampe mit einer Füllung, die im Innenraum (10) eines Entladungsgefäßes (1) eingeschlossen ist, das mindestens ein mit einer Molybdänfolienabdichtung (2) versehenes Ende (11) aufweist, und mit mindestens einer Elektrode (4), die mit der Molybdänfolienabdichtung (2) verbunden ist und in den Innenraum (10) des Entladungsgefäßes (1) hineinragt, wobei eine Wendel (5) vorgesehen ist, die einen Abschnitt der Elektrode (4) umgibt, der im Bereich des mit der Molybdänfolienabdichtung (2) versehenen Endes (11) des Entladungsgefäßes (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel (5) oder der mit der Wendel (5) umwickelte Abschnitt der Elektrode (4) zumindest an der Oberfläche ein Material enthalten, das als Getter für im Entladungsgefäß (1) eingeschlossene Stoffe mit korrosiver Wirkung auf die Molybdänfolienabdichtung (2) ausgebildet ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, wobei das Material als Getter für Halogene und Chalkogene oder Halogen- und Chalkogenverbindungen ausgebildet ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wendel (5) von einem Draht gebildet wird, dessen Oberfläche mit dem Material beschichtet ist.
Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wendel (5) an ihrer Oberfläche mit dem Material beschichtet ist.
Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Material Molybdän oder eine Molybdänlegierung ist.
Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Material mindestens ein Metall aus der Gruppe von Rhenium, Osmium, Tantal, Niob, Iridium, Ruthenium und Hafnium umfasst.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, wobei die Wendel (5) von einem Draht gebildet wird, der aus Molybdän oder aus einer Molybdänlegierung besteht.
Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Abstand der Wendel (5) zum Innenraum (10) des Entladungsgefäßes (1) größer oder gleich 10 Prozent des Abstands der Molybdänfolienabdichtung (2) von dem Innenraum (10) ist.
Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Abstand zweier benachbarter Windungen der Wendel (5) im Bereich von 0,05 mm bis 0,6 mm liegt.
Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Abstand der Wendel (5) zur Molybdänfolienfolienabdichtung (2) kleiner oder gleich 25 Prozent des Abstands der Molybdänfolienabdichtung (2) von dem Innenraum (10) ist.
Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Durchmesser des Wendeldrahtes im Bereich von 0,04 mm und 0,15 mm liegt.
Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die als Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe für Kraftfahrzeugscheinwerfer ausgebildet ist.