DE102008057703A1

DE102008057703A1 - Quecksilberfreie Entladungslampe

Info

Publication number: DE102008057703A1
Application number: DE102008057703A
Authority: DE
Inventors: Florian Bedynek; Matthias Dr. Bruchhausen; Grigorios Dr. Tsilimis; Frank Dr. Werner
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2008-11-17
Publication date: 2010-05-20
Also published as: US8736165B2; ES2493691T3; EP2347430A1; WO2010054872A1; EP2347430B1; US20110248628A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine quecksilberfreie Entladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme kleiner als 35 Watt, mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (10), das einen Entladungsraum (106) aufweist, in den Elektroden (11, 12) zum Erzeugen einer Gasentladung hineinragen, wobei im Entladungsraum (106) Metallhalogenide und Zündgas enthalten sind, wobei die Metallhalogenide in einer Menge im Bereich von 5 Milligramm bis 10 Milligramm pro 1 Milliliter des Entladungsraumvolumens im Entladungsraum (106) vorhanden sind.

Description

Technisches Gebiet
Vorliegende Erfindung betrifft eine quecksilberfreie Entladungslampe, insbesondere eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer, mit einer Leistung von weniger als 35 Watt betrieben wird, mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß, in dessen Entladungsraum Elektroden zum Erzeugen einer Gasentladung hineinragen, wobei im Entladungsraum Metallhalogenide und ein Zündgas vorhanden sind. Der oben genannte Wert für die Leistung bezieht sich dabei auf den quasistationären Betrieb der quecksilberfreien Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, das heißt nach Beendigung ihrer Zünd- und Anlaufphase, wenn die Metallhalogenide im Entladungsraum der Lampe vollständig verdampft sind. Während ihrer Anlaufphase kann die Lampe mit einer deutlich höheren Leistung betrieben werden.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind quecksilberfreie Entladungslampen bekannt, bei denen das in einem Entladungsgas eingesetzte Quecksilber durch andere Metallhalogenide ersetzt wird. Wird jedoch kein Quecksilber in dem geschlossenen Brennerkolben vorgesehen, reduziert sich die Spannung zwischen den Elektroden, sodass ein höherer elektrischer Strom für die Aufrechterhaltung der Spannung erforderlich ist. Dies resultiert in einer höheren Verlustleistung des Vorschaltgerätes für die quecksilberfreie Entladungslampe im Vergleich mit einer herkömmlichen quecksilberhaltigen Entladungslampe. Da beim Einbau einer Lampe mit mehr als 2000 lm Lichtstrom, wie sie von einer herkömmlichen quecksilberfreien Entladungslampe abgegeben werden, vorgeschrieben ist, zusätzlich eine Scheinwerferfrontscheibenwaschanlage und eine Niveauregulierung der Lampen bereitzustellen, war der Einsatz von quecksilberfreien Lampen als Serienausstattung für Automobilhersteller uninteressant.
Im Stand der Technik, beispielsweise der US 2004/0150344 , wurde deshalb vorgeschlagen, eine quecksilberfreie Entladungslampe mit verringertem Leistungsbedarf und verkleinertem Lichtstrom dadurch zu realisieren, dass die Abmessungen des Entladungskolbens verkleinert und der Elektrodenabstand im Entladungskolben verkürzt werden. Dadurch kann trotz verringerter Leistungszufuhr die Temperatur im Kolben auf einem für eine gleich bleibende Spannung nötigen Niveau gehalten werden.
Nachteilig an dieser aus dem Stand der Technik bekannten Lampe ist jedoch, dass der sich in dem verkleinerten Entladungskolben ausbildende Lichtbogen eine zu geringe räumliche Ausdehnung aufweist, sodass ein Einsatz dieser Lampen in bestehenden Scheinwerfern nicht möglich ist.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine quecksilberfreie Lampe, insbesondere eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit reduzierter Leistung bereitzustellen, die in herkömmlichen Scheinwerfern einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Entladungslampe mit einer Leistung von weniger als 35 Watt, das heißt mit einer elektrischen Leistungsaufnahme kleiner als 35 Watt während ihres Betriebs nach Beendigung ihrer Zünd- und Anlaufphase, bei der in einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß, in dessen Entladungsraum Elektroden zum Erzeugen einer Gasentladung hineinragen, wobei im Entladungsraum Metallhalogenide und ein Zündgas vorhanden sind. Statt jedoch der üblichen 10 mg/ml bis 30 mg/ml Konzentration für die Metallhalogenide, werden erfindungsgemäß Metallhalogenide nur in einer Füllmenge von 5 mg/ml bis 10 mg/ml, das heißt 5 Milligramm bis 10 Milligramm Metallhalogenid pro 1 Milliliter Volumen des Entladungsraums in den Entladungsraum des Entladungsgefäßes, eingebracht
Erfindungsgemäß führt diese reduzierte Füllmenge der Metallhalogenide zu einer Vergrößerung der Bogenbreite, sodass eine ausreichende Lichtbogendimensionierung auch bei einer mit einer Leistung von weniger als 35 Watt betriebenen Entladungslampe erreicht werden kann.
Ein weiterer Einflussfaktor auf den Leistungsbedarf und den abgegebenen Lichtstrom ist die Thermik der Lampe. Je mehr Wärme vom Entladungsgefäß bzw. Entladungsraum abgeführt wird, desto mehr Leistung wird benötigt, um eine vergleichbare „Cold Spot”-Temperatur (das ist die Temperatur an der kühlsten Stelle im Entladungsraum) und eine vergleichbare Lichtausbeute bereitzustellen.
Üblicherweise ist der Entladungsraum zudem von einem Außenkolben umgeben, der, mit Luft befüllt, eine gewisse, wenn auch nicht gute thermische Isolierung des Entla dungsraums darstellt. Durch eine Veränderung der Gasfüllung des Außenkolbens kann aber die Thermik der Lampe geändert werden und die thermische Isolierung des Entladungsraums verbessert werden. Der Einfluss von Außenkolbenbefüllung auf die Temperatur des Entladungsraums ist beispielsweise in der DE 103 34 052 beschrieben.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist deshalb in einen von Außenkolben und Entladungsgefäß definierten Zwischenraum ein Gas oder Gasgemisch mit geringerer Wärmeleitfähigkeit als Luft eingebracht. Dies führt dazu, dass weniger Wärme vom Entladungsraum zum Außenkolben abgeführt wird, sodass bei gleicher Leistung eine höhere Temperatur und damit auch eine höhere „Cold Spot”-Temperatur sowie Lichtausbeute erreicht werden. Dies führt im Rückschluss dazu, dass bei gleich bleibender Lichtausbeute und Temperatur die Leistung, mit der die Entladungslampe betrieben wird, verringert werden kann.
Statt eines Gases mit verringerter Leitfähigkeit ist es auch möglich, den Zwischenraum zwischen Entladungsgefäß und Außenkolben zu evakuieren, wodurch ebenfalls eine verbesserte thermische Isolierung des Entladungsraums erreicht werden kann. Besonders bevorzugt sind als Füllgase des Außenkolbens beispielsweise Xe, I₂, SF₆.
Zudem kann, wie ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, statt eines Standarddrucks von 0,5 bar das Gas mit einem Druck von 0,05–0,2 bar in den Zwischenraum eingebracht werden. Insbesondere bei der Verwendung von Xenongas hat sich der Druck von 0,05 bar bis 0,2 bar als besonders vorteilhaft erwiesen.
Da, wie oben beschrieben, der Leistungsbedarf der Lampe insbesondere über die im Entladungsraum zu erreichende Temperatur bestimmt ist, können auch weitere, die Temperatur beeinflussende Parameter verändert werden. Beispielsweise wird die in dem Entladungsraum herrschende Temperatur auch über die Dimensionierung des Entladungsgefäßes selbst sowie der darin angeordneten Elektroden mitbestimmt.
So können beispielsweise in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die Abmessungen des Entladungsraums reduziert werden, wobei vorteilhafter Weise das Entladungsgefäß in einem mittleren Bereich zwischen den gegenüberliegenden Elektroden einen Innendurchmesser von 1,5 mm bis 2,7 mm, insbesondere von 2,1 mm bis 2,5 mm aufweist. Zusätzlich oder alternativ kann auch das Volumen des Entladungsraums auf 16 mm³ bis 34 mm³, insbesondere von 18 mm³ bis 22 mm³ definiert werden, um den Leistungsbedarf der Entladungslampe zu drosseln.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der optische Abstand zwischen den im Entladungsraum angeordneten, einander gegenüberliegenden Elektroden auf einen Wert von 3,2 mm bis 3,8 mm statt der üblichen 4,2 mm reduziert. Zudem kann die Länge des sich in dem Entladungsraum erstreckenden Elektrodenabschnitts auf einen Wert von 0,3 mm bis 1,8 mm optimiert werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch der Durchmesser der Elektroden auf einen Wert zwischen 0,2 mm bis 0,3 mm, insbesondere 0,23 mm bis 0,28 mm eingestellt werden, wodurch ebenfalls die Temperatur im Entladungsraum und damit der Leistungsbedarf der Entladungslampe beeinflusst werden kann.
Besonders vorteilhaft ist eine Entladungslampe, bei der nicht nur die Leistung im Normalbetrieb, das heißt während ihres Betriebs nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase, reduziert wird, sondern auch die Leistung während der Anlaufphase von den üblichen 85 Watt auf 35 Watt bis 70 Watt, vorzugsweise 40 Watt bis 60 Watt reduziert wird.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Lampe auf einen Lichtstrom von kleiner als 2000 lm eingestellt und/oder hat einen Leistungsbedarf von weniger als 30 Watt, insbesondere 15 Watt bis 25 Watt. Der vorgenannte Wertebereich für die Leistung bezieht sich dabei auf den quasistationären Betrieb der quecksilberfreien Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, das heißt nach Beendigung ihrer Zünd- und Anlaufphase, wenn die Metallhalogenide im Entladungsraum der Lampe vollständig verdampft sind. Während ihrer Anlaufphase wird die Lampe vorzugsweise mit einer deutlich höheren Leistung im Bereich von vorzugsweise 40 Watt bis 60 Watt betrieben, um ein schnelles Verdampfen der Metallhalogenide zu erreichen.
Besonders vorteilhaft ist eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer Leistungsaufnahme von 25 Watt während ihres Normalbetriebs und mit gegenüber dem Stand der Technik erhöhter Farbtemperatur. Die standardgemäße quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer (auch D4 Lampe genannt) hat eine Farbtemperatur von 4100 Kelvin. Eine höhere Farbtemperatur verbessert die Wahrnehmung von Hindernissen bei Dunkelheit und die Sichtbarkeit. Die Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe gemäß dem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt daher eine Farbtemperatur im Bereich von 4800 Kelvin bis 5200 Kelvin. Um eine derartig hohe Farbtemperatur zu erzielen, umfassen die im Entladungsraum der erfindungsgemäßen Entladungslampe enthaltenen Metallhalogenide vorzugsweise Halogenide der Metalle Natrium und Scandium, wobei das Molare Verhältnis von Natrium zu Scandium vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 2,8 und besonders bevorzugt bei 2,5 liegt. Zusätzlich umfassen die im Entladungsraum der erfindungsgemäßen Entladungslampe enthaltenen Metallhalogenide für den gleichen Zweck auch Indiumhalogenid mit einem Anteil im Bereich von 2 Gewichtsprozent bis 4 Gewichtsprozent. Außerdem wird als Zündgas vorzugsweise Xenon mit einem Kaltfülldruck im Bereich von 10 bar bis 15 bar verwendet, um eine sofortige Emission von weißem Licht nach dem Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe, eine erhöhte Farbtemperatur und eine Verbreiterung des Entladungsbogens zu gewährleisten. Die Metallhalogenide umfassen in vorteilhafter Weise auch Zinkhalogenid, um die Brennspannung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe zu erhöhen bzw. auf einen gewünschten Wert einzustellen.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen der Beschreibung und den Figuren definiert.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Längsquerschnitts durch eine quecksilberfreie Entladungs lampe gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung; und
2 eine graphische vergleichende Darstellung für zwei Lampen mit verschiedenen Außenkolbenfüllgasen, wobei auf der vertikalen Achse die maximale Außenkolbentemperatur in Grad Celsius und auf der horizontalen Achse die elektrische Leistungsaufnahme der Lampe in Watt aufgetragen ist.
1 zeigt einen schematischen Längsquerschnitt durch eine quecksilberfreie erfindungsgemäße Entladungslampe.
Diese Lampe ist für den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 10 aus Quarzglas. Vorzugsweise hat der Entladungsraum des Entladungsgefäßes ein Volumen im Bereich von 16 mm³ bis 34 mm³, wobei insbesondere 18 mm³ bis 22 mm³ besonders bevorzugt sind. Bei der hier dargestellten Entladungslampe hat der Entladungsraum Volumen von 20,0 mm³, in dem eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen ist. Im Bereich des Entladungsraums 106 ist vorteilhafterweise die Innenkontur des Entladungsgefäßes 10 kreiszylindrisch und seine Außenkontur ellipsoidförmig ausgebildet.
Um das kleinere Volumen des Entladungsraums 106 bereitzustellen, kann das Entladungsgefäß 10 derart dimensioniert sein, dass der Innendurchmesser des Entladungsgefäßes 10 im Bereich des Entladungsraums 106 zwischen 1,5 mm bis 2,7 mm, insbesondere zwischen 2,1 mm bis 2,5 mm, misst. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Innendurchmesser des Entladungsgefäßes 10 im Bereich des Entladungsraums 106 2,4 mm und sein Außendurchmesser beträgt 6,0 mm.
Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind jeweils mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 103, 104 abgedichtet. Die Molybdänfolien 103, 104 besitzen jeweils eine Länge von ca. 6,5 mm, eine Breite von ca. 2 mm und eine Dicke von ca. 25 μm.
Im Innenraum des Entladungsgefäßes 10 befinden sich zwei Elektroden 11, 12, zwischen denen sich während des Lampenbetriebes der für die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Die Elektroden 11, 12 bestehen aus Wolfram. Ihre Dicke bzw. ihr Durchmesser liegt im Bereich von 0,2 mm bis 0,3 mm, insbesondere 0,23 mm bis 0,28 mm, wobei die Länge der sich in den Entladungsraum 106 erstreckenden Abschnitte der Elektroden 0,3 mm bis 1,8 mm beträgt. Vorzugsweise beträgt der optische Abstand zwischen den in den Entladungsraum 106 hineinragenden Enden der Elektroden 11, 12 ungefähr 3,2 mm bis 3,8 mm.
Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine der Molybdänfolien-Einschmelzungen 103, 104 und über die sockelferne Stromzuführung 13 und die Stromrückführung 17 bzw. über die sockelseitige Stromzuführung 14 elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluss des im wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Lampensockels 15 verbunden. Der Überlapp zwischen der Elektrode 11 und der mit ihr verbundenen Molybdänfolie 103 kann 1,3 mm ± 0,15 mm betragen.
Das Entladungsgefäß 10 wird von einem gläsernen Außenkolben 16 umhüllt. Der Außenkolben 16 besitzt einen im Sockel 15 verankerten Fortsatz 161. Das Entladungsgefäß 10 weist sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas auf, in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft.
Der der Stromrückführung 17 zugewandte Oberflächenbereich des Entladungsgefäßes 10 kann mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Beschichtung 107 versehen sein. Diese Beschichtung 107 erstreckt sich vorzugsweise in Längsrichtung der Lampe über die gesamte Länge des Brennerkolbens 106 und über einen Teil, ca. 50 Prozent, der Länge der abgedichteten Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10. Die Beschichtung 107 ist vorzugsweise auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 10 angebracht und erstreckt sich über ca. 5 Prozent bis 10 Prozent des Umfangs des Entladungsgefäßes 10. Die Beschichtung 107 besteht aus dotiertem Zinnoxid, beispielsweise aus mit Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid oder beispielsweise aus mit Bor und/oder Lithium dotiertem Zinnoxid.
Diese Hochdruckentladungslampe wird in horizontaler Lage betrieben, d. h. mit in einer horizontalen Ebene angeordneten Elektroden 11, 12, wobei die Lampe derart ausgerichtet ist, dass die Stromrückführung 17 unterhalb des Entladungsgefäßes 10 und des Außenkolbens 16 verläuft. Details dieser, als Zündhilfe wirkenden Beschichtung 107 sind in der EP 1 632 985 A1 beschrieben. Der Außenkolben 16 besteht aus Quarzglas, das mit Ultraviolettstrahlen absorbierenden Stoffen dotiert ist, wie zum Beispiel Ceroxid und Titanoxid. Geeignete Glaszusammensetzungen für das Außenkolbenglas sind in der EP 0 700 579 B1 offenbart.
Vorzugsweise sind lichtemittierende Metallhalogenide und Puffer-Metallhalogenide sowie Xenon als Start-Edelgas gasdicht in dem Entladungsraum 106 eingeschlossen.
Die lichtemittierenden Metallhalogenide, die primär die Funktion der Lichtemission erfüllen, können beispielsweise eine Verbindung aus den Halogeniden von Na, Sc und In sein. Die Puffer-Metallhalogenide dienen primär zur Erhöhung der Brennspannung und zum Steuern der Farbe, um eine gewünschte Lichtfarbe (weißes Licht) zu erhalten. Die Puffer-Metallhalogenide können beispielsweise eine Verbindung aus den Halogeniden von Al, Cs, Ho, In, Tl, Tm und Zn sein. Die Gesamtmenge der Metallhalogenide beträgt erfindungsgemäß 5 mg/ml bis 10 mg/ml. Dadurch wird gewährleistet, dass der sich zwischen den Elektroden ausbildende Lichtbogen eine ausreichende räumliche Ausdehnung, das heißt eine ausreichende Breite bzw. einen ausreichenden Querschnitt, aufweist.
Wie oben beschrieben, beträgt der Innendurchmesser des Entladungsgefäßes 10 im Bereich des Entladungsraums 106 in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Elektroden 11, 12 ungefähr 1,5 mm bis 2,7 mm. Der optische Abstand zwischen den in den Entladungsraum 106 hineinragenden Enden der Elektroden 11, 12 beträgt ungefähr 3,2 mm bis 3,8 mm und die Länge der sich in den Entladungsraum 106 erstreckenden Abschnitte der Elektroden 11, 12 beträgt ungefähr 0,3 mm bis 1,8 mm. Bei einem derartigen Aufbau wird eine stabile Entladung mit einer niedrigen Leistung von ungefähr 15 Watt bis 30 Watt gewährleistet.
Das Entladungsgefäß 10 kann im Bereich des Entladungsraums 106 entlang seiner Längsachse zudem kleinere innere Abmessungen aufweisen als herkömmliche Entladungsgefäße aus dem Stand der Technik, wobei der Abstand zwischen den entladungsseitigen Enden der Elektroden 11, 12 ungefähr 3,2 mm bis 3,8 mm beträgt (kleiner als 4,2 mm, gemäß den ECE-Spezifikationen). Die Länge der sich in den Entladungsraum erstreckenden Abschnitte der Elektroden 11, 12 beträgt ungefähr 0,3 mm bis 1,8 mm (kleiner als die Länge von 1,0 mm bis 2,0 mm gemäß dem Stand der Technik).
Außerdem beträgt der Innendurchmesser des Entladungsgefäßes 10 im Bereich des Entladungsraums 106 in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Elektroden 11, 12 ungefähr 1,5 mm bis 2,7 mm (kleiner als der entsprechende maximale Innendurchmesser des Entladungsraums gemäß dem Stand der Technik). Der Entladungsraum 106 weist also eine kleineres Volumen auf.
Obwohl die Brennspannung vermindert wird, aber die Wärmeableitung von dem Entladungsraum 106 reduziert wird, können der Lichtstrom und die Lichtausbeute verbessert werden. Obwohl die der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung ungefähr 15 Watt bis 30 Watt beträgt und damit niedriger als bei Lampen gemäß dem Stand der Technik ist, die eine elektrische Leistungsaufnahme von 35 Watt besitzen, erreicht die erfindungsgemäße Entladungslampe im wesentlichen die gleiche Lichtausbeute wie Lampen gemäß dem Stand der Technik, die mit 35 Watt betrieben werden.
Weil der Abstand zwischen den entladungsseitigen Enden der Elektroden 11, 12 ungefähr 3,2 mm bis 3,8 mm beträgt (kleiner als die ECE-Spezifikationen) und die Länge der sich in den Entladungsraum 106 erstreckenden Abschnitte der Elektroden 11, 12 ungefähr 0,3 mm bis 1,8 mm beträgt (kleiner als die Länge von 1,0 bis 2,0 mm gemäß dem Stand der Technik), kann zudem das lichtemittierende Metallhalogenid nicht am Fuß der Elektroden 11, 12 kondensieren. Dadurch wird ebenfalls die Lichtausbeute verbessert.
Der Zwischenraum zwischen dem Entladungsgefäß 10 und dem Außenkolben 16 ist mit einem Edelgas mit einem Druck von ungefähr 1 bar oder weniger gefüllt, sodass der Raum als Isolator gegenüber der von dem Entladungsraum 106 ausgestrahlten Wärme dient.
Insbesondere hat sich als vorteilhaft erwiesen, Xenon mit einem Druck von 50 mbar bis 200 mbar in den Zwischenraum einzubringen, da dadurch eine besonders gute Isolierung erreicht wird. Aber auch I₂, SF₆ haben vorteilhafte Isolierungseigenschaften. Statt ein thermisch isolierendes Gas in den Zwischenraum einzubringen, kann es auch vorteilhaft sein, den Zwischenraum zu evakuieren, wodurch insbesondere bei einem Vakuum von kleiner als 0,01 mbar eine gute Isolierung zu beobachten ist.
2 zeigt eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe (D4-Lampe), bei der der Zwischenraum mit verschiedenen Gasen gefüllt bzw. evakuiert wurde. Dabei wurde die maximale Außenkolbentemperatur für die unterschiedlichen Außenkolbenbefüllungen bzw. Vakuum als Funktion der elektrischen Leistungsaufnahme der Lampe aufgetragen.
Dabei ist auf der horizontalen Achse in 2 die angelegte Leistung in Watt dargestellt, während die vertikale Achse die gemessene maximale Temperatur des Außenkolbens zeigt. Eine geringere Temperatur des Außenkolbens bedeutet, dass eine geringere Wärmeleitung des Füllgases stattfindet.
In 2 zeigt der Graph 2 die Messwerte einer D4-Lampe mit Luft im Außenkolben, der Graph 4 die Messwerte mit Xenon im Außenkolben und der Graph 6 die Messwerte mit evakuiertem Außenkolben.
Wie 2 deutlich zu entnehmen ist, zeigt die Befüllung mit Luft eine größere Wärmeleitfähigkeit und damit auch eine größere Außenkolbentemperatur als die mit Xenon bzw. Vakuum befüllten Lampen.
Durch die geringere thermische Leitfähigkeit von Xenon bzw. Vakuum im Vergleich zu Luft wird deshalb auch weniger Wärme vom Entladungsraum zum Außenkolben geführt, sodass der Entladungsraum auch bei reduzierter Leistung die benötigte Temperatur aufweist.
Die 1 zeigt einen Längsquerschnitt durch eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe gemäß den besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Gemäß dem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe sind als Metallhalogenide Halogenide der Metalle Natrium, Scandium, Indium und Zink im Entladungsraum enthalten. Als Zündgas sowie zur Lichterzeugung unmittelbar nach dem Zünden der Gasentladung dient Xenon. Die gesamte Menge der Metallhalogenide in dem Entladungsraum 106 beträgt bei diesem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel 0,2 mg. In der Gesamtmenge von 0,2 mg Metallhalogenid sind 38,2 Gewichtsprozent Natriumjodid (NaI), 44 Gewichtsprozent Scandiumjodid (ScI₃), 2,8 Gewichtsprozent Indiumjodid (InI) und 15 Gewichtsprozent Zinkjodid (ZnI₂) enthalten. Das Volumen des Entladungsraums 106 beträgt 0,02 ml bzw. 20 mm³. Im Entladungsraum 106 ist ferner Xe non mit einem Kaltfülldruck von 12 bar enthalten. Der Durchmesser bzw. die Dicke der Elektroden 11, 12 beträgt bei dem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel 0,275 mm und der Abstand bzw. der optisch wirksame Abstand zwischen den Elektroden 11, 12 beträgt 3,6 mm.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2004/0150344 [0003]
- DE 10334052 [0009]
- EP 1632985 A1 [0032]
- EP 0700579 B1 [0032]

Claims

Quecksilberfreie Entladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme kleiner als 35 Watt, mit einem lichtdurchlässigen Entladungsgefäß (10), das einen Entladungsraum (106) aufweist, in den Elektroden (11, 12) zum Erzeugen einer Gasentladung hineinragen, wobei im Entladungsraum (106) Metallhalogenide und Zündgas enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhalogenide in einer Menge im Bereich von 5 Milligramm bis 10 Milligramm pro 1 Milliliter des Entladungsraumvolumens im Entladungsraum (106) vorhanden sind.
Entladungslampe nach Anspruch 1, wobei das Entladungsgefäß (10) von einem lichtdurchlässigen Außenkolben (16) umgeben ist, wobei der Zwischenraum zwischen Außenkolben (16) und Entladungsgefäß (10) mit einem Gas oder Gasgemisch mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als Luft, insbesondere mit Xenon, gefüllt ist, oder in dem Zwischenraum ein Vakuum mit einem Druck von weniger als 1 mbar, vorzugsweise weniger als 0,01 mbar vorhanden ist.
Entladungslampe nach Anspruch 2, wobei das im Zwischenraum befindliche Gas oder Gasgemisch einen Druck von weniger als 1 bar, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 bar aufweist.
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Entladungsgefäß (10) im Bereich des Entladungsraums (106) in einem mittleren Bereich zwischen den Elektroden (11, 12) einen Innendurch messer im Wertebereich von 1,5 mm bis 2,7 mm, insbesondere von 2,1 mm bis 2,5 mm aufweist.
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Entladungsraum (106) ein Volumen im Bereich von 16 mm³ bis 34 mm³, insbesondere von 18 mm³ bis 22 mm³ aufweist.
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Abstand zwischen den in den Entladungsraum (106) hineinragenden Elektroden (11, 12) im Wertebereich von 3,2 mm bis 3,8 mm liegt.,
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser bzw. die Dicke der Elektroden (11, 12) im Bereich von 0,2 mm bis 0,3 mm liegt.
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der sich in den Entladungsraum (106) erstreckende Abschnitt der Elektroden (11, 12) eine Länge im Bereich von 0,3 mm bis 1,8 mm besitzt.
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallhalogenide Halogenide der Metalle Natrium, Scandium, Indium und Zink umfassen.
Entladungslampe nach Anspruch 9, wobei das Molare Verhältnis von Natrium zu Scandium im Wertebereich von 2,0 bis 2,8 liegt.
Entladungslampe nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Anteil von Indiumhalogenid an den Metallhalogeniden im Bereich von 2 Gewichtsprozent bis 4 Gewichtsprozent liegt.
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Zündgas Xenon mit einem Kaltfülldruck im Bereich 10 bar bis 15 bar umfasst.
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lampe während ihrer Anlaufphase eine elektrische Leistungsaufnahme im Bereich von 35 Watt bis 70 Watt, und insbesondere von 40 Watt bis 60 Watt aufweist.
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lampe einen Lichtstrom von kleiner als 2000 lm aufweist.
Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lampe während ihres Betriebs nach Beendigung von Zünd- und Anlaufphase eine elektrische Leistungsaufnahme im Bereich von 20 Watt bis 25 Watt besitzt.