DE19730888A1

DE19730888A1 - Gas discharge lamp

Info

Publication number: DE19730888A1
Application number: DE1997130888
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Herden
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-01-28

Abstract

The gas discharge lamp (1) has a glass bulb (2), inside of which two electrodes (3,4) protrude, so that in operation a plasma is formed between the two electrodes. The electrodes in the inside of the glass bulb are connected across a conductor structure (7), which forms a part spark stretch (6). The conductor structure is formed by pads (8) arranged in a row. The conductor structure is fitted on the inner side (5) of the glass bulb. The conductor structure may be designed as a thick layer structure. The pads may be made of metal, a metal alloy, a conducting ceramic or cerium.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe mit einem Glaskolben, in dessen Inneres mindestens zwei Elektroden hineinragen.The invention relates to a gas discharge lamp a glass bulb with at least two inside Protrude electrodes.

Gasentladungslampen sind für vielfältige Anwendun gen bekannt. Sie werden beispielsweise in Schein werfern eingesetzt. Die bekannten Gasentladungslam pen haben den Nachteil einer relativ hohen Zünd spannung, das heißt, es muß ein entsprechender Auf wand betrieben werden, um die hohen Zündspannungen zu erzeugen.Gas discharge lamps are for diverse applications gene known. For example, they will be in sham throwers used. The well-known gas discharge lamp pen have the disadvantage of a relatively high ignition tension, that is, there must be a corresponding increase wall operated to the high ignition voltages to create.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Gasentladungslampe mit den im Anspruch 1 sowie im Anspruch 9 genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, daß nur eine relativ niedrige Zündspannung erforderlich ist, um das Plasma auszubilden. Dadurch, daß die Elektroden der Gasentladungslampe im Innern des Glaskolbens über eine Teilfunkenstrecken ausbildende Leiterstruktur verbunden sind, kommt es quasi zu einer Reduzierung des Elektrodenabstands auf die Summe der Abstände zwischen den einzelnen Teilfunkenstrecken, wodurch die Zündspannung erheblich herabgesetzt wird. Beim Einschalten der erfindungsgemäßen Gasentladungs lampe erfolgt der Funkendurchbruch in allen Teil funkenstrecken im Nanosekundenbereich. Durch den in den einzelnen Entladungen infolge der kompletten Ionisierung entstehenden Überdruck explodieren die Teilentladungsplasmen und verbinden sich zu einem geschlossenen, zwischen den Elektroden brennenden Plasma. Die Ausbildung dieses Plasmas erfolgt in nerhalb weniger Mikrosekunden. Da die in der Start phase vorhandenen Teilentladungen jeweils einen Ka thodenfall mit sich bringen, der energetisch über wunden werden muß, stellt das sich anschließend ausbildende, die beiden Elektroden überbrückende Gesamtplasma aufgrund nur eines Kathodenfalls den energetisch günstigeren Zustand dar, so daß die Teilfunkenstrecken ausbildende Leiterstruktur in der Brennphase nicht mehr beansprucht wird, da das Plasma sich hiervon löst.The gas discharge lamp according to the invention with the Claim 1 and features mentioned in claim 9 has the advantage that only one relative low ignition voltage is required to that Train plasma. The fact that the electrodes of Gas discharge lamp inside the glass bulb above a conductor structure forming a partial spark gap connected, there is almost a reduction of the electrode distance to the sum of the distances between the individual spark gaps, whereby the ignition voltage is significantly reduced. At the Switching on the gas discharge according to the invention The spark breakdown takes place in all parts spark gaps in the nanosecond range. By the in the individual discharges as a result of the complete The overpressure generated by ionization explode Partial discharge plasmas and combine into one closed, burning between the electrodes Plasma. The formation of this plasma takes place in within a few microseconds. Because that's in the start phase existing partial discharges one Ka each bring with it the case of technology, which is energetically about that has to be wounded forming, bridging the two electrodes Total plasma due to only one cathode case energetically more favorable condition, so that the Conductor structure forming partial spark gaps in the burning phase is no longer used, since the Plasma separates from this.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, daß die Leiterstruktur in Form von reihenför mig angeordneten Pads ausgebildet ist. Unter "Pads" sind im wesentlichen flächenförmige, elektrisch leitfähige Bereiche zu verstehen, wobei zwischen den einzelnen Pads isolierende Abstände ausgebildet sind.After a further development of the invention, it is provided hen that the conductor structure in the form of series mig arranged pads is formed. Under "pads" are essentially sheet-like, electrical understand conductive areas, being between insulating distances are formed between the individual pads are.

Vorzugsweise ist die Leiterstruktur auf der Innen seite des Glaskolbens aufgebracht, das heißt, der Glaskolben bildet den Träger für die Pads. The conductor structure is preferably on the inside side of the glass bulb applied, that is, the Glass bulb forms the support for the pads.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, daß die Leiterstruktur als Dickschichtstruktur ausgebildet ist. Sie kann somit mittels der Dick schichttechnik hergestellt werden.After a further development of the invention, it is provided hen that the conductor structure as a thick-film structure is trained. You can use the Dick layer technology can be produced.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Pads aus Me tall, aus einer Metallegierung, aus einer leitfähi gen Keramik oder aus Cermets bestehen.It is also advantageous if the pads made of Me tall, from a metal alloy, from a conductive ceramic or cermets.

Alternativ zur Anordnung der Leiterstruktur auf der Innenseite des Glaskolbens kann auch vorgesehen sein, daß sich im Innern des Glaskolbens ein Einle geteil befindet, das die Leiterstruktur aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, daß das Einlegeteil als Keramik-Einlegeteil ausgebildet ist. Es kann vorzugsweise an den Elektroden oder zumindest an einer Elektrode befestigt sein und beispielsweise die beiden Elektroden bogenförmig überbrücken. Auf dem Einlegeteil befindet sich die Leiterstruktur, die in der Zündphase die Teilfunkenstrecken ausbil det.As an alternative to arranging the conductor structure on the Inside of the glass bulb can also be provided be that there is a single one inside the glass bulb part is located, which has the conductor structure. In particular, it is provided that the insert is designed as a ceramic insert. It can preferably on the electrodes or at least on be attached to an electrode and, for example bridge the two electrodes in an arc. On the conductor structure is located in the insert, who train the partial spark gaps in the ignition phase det.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner dadurch gelöst, daß bei einer Gasentladungs lampe ein Glaskolben vorgesehen ist, in dessen In neres mindestens zwei Elektroden ragen, zwischen denen sich im Betrieb ein Plasma ausbildet, wobei die Elektroden im Innern des Glaskolbens über eine eine Gleitentladungsstrecke ausbildende dielektri sche oder halbleitende Struktur verbunden sind. Aufgrund dieser Struktur wird in der Startphase der Gasentladungslampe eine Gleitentladung erzeugt, die nur eine relativ kleine Zündspannung erfordert. Nach dem Durchbruch entfernt sich - analog wie bei der die Teilfunkenstrecken ausbildenden Leiter struktur - das Plasma der Gleitentladung von der di elektrischen oder halbleitenden Struktur und brennt - innerhalb von Mikrosekunden - dann über dem kürze ren Elektrodenabstand direkt zwischen den beiden Elektroden weiter.The object underlying the invention will further solved in that in a gas discharge lamp a glass bulb is provided, in the In Nere at least two electrodes protrude between which forms a plasma during operation, whereby the electrodes inside the glass bulb via a dielectrics forming a sliding discharge path cal or semiconducting structure are connected. Due to this structure, the Gas discharge lamp produces a sliding discharge that requires only a relatively low ignition voltage. After the breakthrough - analogous to the conductor forming the partial spark gaps structure - the plasma of sliding discharge from the di electrical or semiconducting structure and burns - within microseconds - then above the short electrode gap directly between the two Electrodes further.

Die dielektrische Struktur kann vorteilhaft eine hochdielektrische Struktur sein.The dielectric structure can advantageously be a be high dielectric structure.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die dielektrische Struktur eine keramische, insbesondere eine Tita nat-keramische Struktur ist.It is also advantageous if the dielectric Structure a ceramic, especially a tita is nat-ceramic structure.

Es kann vorgesehen sein, daß die halbleitende Struktur eine SiC-Struktur ist.It can be provided that the semiconducting Structure is an SiC structure.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese hen, daß die dielektrische oder halbleitende Struk tur auf der Innenseite des Glaskolbens aufgebracht ist. Alternativ ist es jedoch auch möglich, daß die dielektrische oder halbleitende Struktur auf einem Einlegeteil ausgebildet ist. Dieses Einlegeteil ist vorzugsweise an den Elektroden befestigt.After a further development of the invention, it is provided hen that the dielectric or semiconducting structure applied to the inside of the glass bulb is. Alternatively, it is also possible that the dielectric or semiconducting structure on one Insert is formed. This insert is preferably attached to the electrodes.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an hand von Ausführungsbeispielen und zwar zeigt:The drawings illustrate the invention based on exemplary embodiments and shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gasentla dungslampe mit einer aus Pads bestehen den Leiterstruktur, Fig. 1 shows a longitudinal section through a discharge lamp with a Gasentla pads consist of the conductor structure,

Fig. 2 eine Variante zur Ausbildung der Fig. 1, Fig. 2 shows a variant for the formation of FIG. 1,

Fig. 3 eine Padanordnung, Fig. 3 shows a pad arrangement,

Fig. 4 eine Gasentladungslampe nach einem wei teren Ausführungsbeispiel, bei dem die Leiterstruktur auf einem Einlegeteil ausgebildet ist und Fig. 4 is a gas discharge lamp according to a white direct embodiment in which the conductor structure is formed on an insert and

Fig. 5 eine Gasentladungslampe, die zwischen den Elektroden eine dielektrische oder halbleitende Struktur aufweist. Fig. 5 is a gas discharge lamp, which comprises a dielectric or semi-conductive structure between the electrodes.

Die Fig. 1 zeigt eine Gasentladungslampe 1, die einen Glaskolben 2 aufweist, in dem zwei Elektroden 3 und 4 eingeschmolzen sind. Auf der Innenseite 5 des Glaskolbens 2 befindet sich eine Teilfunken strecken 6 ausbildende Leiterstruktur 7. Die Lei terstruktur 7 ist in der Fig. 3 verdeutlicht. Sie besteht aus mehreren, reihenförmig angeordneten Pads 8, die vorzugsweise einen quadratischen oder rechteckigen Grundriß aufweisen. Die Pads 8 haben - in Richtung ihrer Reihenanordnung betrachtet - eine Länge l, wobei zwischen ihnen Padzwischenräume 9 in einem Abstand d ausgebildet sind. Die Länge l be trägt vorzugsweise: 0,2 mm < l < 1 mm. Bei den Pad zwischenräumen 9 ist folgendes Maß bevorzugt: 0,05 mm < d < 0,5 mm. Fig. 1 shows a gas discharge lamp 1 having a glass envelope 2 are sealed in the two electrodes 3 and 4. On the inside 5 of the glass bulb 2 there is a partial spark gap 6 forming conductor structure 7 . The Lei ter structure 7 is illustrated in FIG. 3. It consists of a plurality of pads 8 arranged in a row, which preferably have a square or rectangular outline. The pads 8 — viewed in the direction of their row arrangement — have a length l, with pad spaces 9 being formed between them at a distance d. The length l is preferably: 0.2 mm <l <1 mm. The following dimension is preferred for the pad spaces 9 : 0.05 mm <d <0.5 mm.

Insbesondere bestehen die Pads 8 aus den Werkstof fen Platin (Pt), Wolfram (W), Gold (Au), Silber (Ag), Nickel (Ni) sowie aus Legierungen der vorste hend genannten Metalle oder weiteren Metallen, al ternativ jedoch auch aus leitfähigen Keramiken oder Cermets.In particular, the pads 8 are made of the materials platinum (Pt), tungsten (W), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni) and alloys of the above-mentioned metals or other metals, but alternatively also conductive ceramics or cermets.

Es ergibt sich folgende Funktion: Durch die mittels der Pads 8 ausgebildete Leiterstruktur 7 wird der effektive Elektrodenabstand der beiden Elektroden 3 und 4 in der Startphase der Gasentladungslampe 1 reduziert, da dieser nur noch aus der Summe der Ab stände d zwischen den leitfähigen Pads 8 besteht. Wird Spannung an die Elektrode" 3 und 4 gelegt, so erfolgt in allen Teilfunkenstrecken 6 auf der In nenseite 5 des Glaskolbens 2 jeweils ein Funken durchbruch im Nanosekundenbereich. Durch den in diesen Entladungen in Folge der kompletten Ionisie rung entstehenden Überdruck "explodieren" die Teil entladungsplasmen von der Innenseite 5 des Glaskol bens 2 weg und verbinden sich miteinander im Zeit bereich weniger Mikrosekunden. In der Folgezeit brennt somit das Plasma geschlossen über alle Pads hinweg zwischen den Elektroden 3 und 4 weiter, da hier nur einmal ein Kathodenfall überwunden werden muß und dies für das Plasma den energetisch günsti geren Zustand gegenüber den Teilentladungen dar stellt.This results in the following function: the conductor structure 7 formed by means of the pads 8 reduces the effective electrode spacing of the two electrodes 3 and 4 in the starting phase of the gas discharge lamp 1 , since this only consists of the sum of the distances d between the conductive pads 8 . If voltage is applied to the electrode " 3 and 4 , there is a spark breakdown in the nanosecond range in all partial spark gaps 6 on the inside 5 of the glass bulb 2. Due to the excess pressure generated in these discharges as a result of the complete ionization, the parts" explode " Discharge plasmas away from the inside 5 of the glass bulb 2 and connect to one another in the time range of a few microseconds, and subsequently the plasma continues to burn across all pads between the electrodes 3 and 4 , since only one cathode drop has to be overcome and this represents the energetically more favorable state for the plasma compared to the partial discharges.

Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Gasentladungslampe 1, wobei die Ausgestaltung im wesentlichen der der Fig. 1 entspricht, so daß nachstehend nur auf Unterschiede eingegangen werden soll. Diese Unterschiede bestehen darin, daß von den beiden Elektroden 3 und 4 zunächst leitende Ab schnitte 10 und 11 ausgehen, also Abschnitte, die elektrisch leitend sind und eine Verbindung zu den entsprechenden Elektroden 3 und 4 aufweisen, mithin nicht mit Teilfunkenstrecken versehen sind. Die Teilfunkenstrecken 6 liegen nur im mittleren Be reich zwischen den Elektroden 3 und 4, also es ist dort nur eine kurze Kette einzelner Pads 8 ausge bildet. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a gas discharge lamp 1 , the configuration essentially corresponding to that of FIG. 1, so that only differences will be discussed below. These differences consist in the fact that from the two electrodes 3 and 4 initially conductive sections 10 and 11 start, that is to say sections which are electrically conductive and have a connection to the corresponding electrodes 3 and 4 , are therefore not provided with partial spark gaps. The partial spark gaps 6 are only in the middle Be between the electrodes 3 and 4 , so there is only a short chain of individual pads 8 out.

Die Fig. 4 verdeutlicht eine Anordnung, die - im Unterschied zu den Ausgestaltungen der Fig. 1 und 2 - im Innern 12 des Glaskolbens 2 ein Einlege teil 13 aufweist, das vorzugsweise bogenförmig ge staltet ist und an den Elektroden 3 und 4 befestigt ist. Auf der Innenseite 14 des Einlegeteils 13 ist die Leiterstruktur 7 in Form von Pads 8 ausgebil det. Das Einlegeteil 13 weist bevorzugt einen Ab stand von der Innenseite 5 des Glaskolbens 2 auf. Auf dem Einlegeteil 13 können die Pads 8 beispiels weise mittels Dickschichtverfahren oder durch Ein löten oder Einsintern angeordnet sein. Das Einlege teil 13 besteht bevorzugt aus Keramik. Fig. 4 illustrates an arrangement which - in contrast to the embodiments of FIGS. 1 and 2 - in the interior 12 of the glass bulb 2 has an insert part 13 , which is preferably arcuate and is attached to the electrodes 3 and 4 . On the inside 14 of the insert 13 , the conductor structure 7 is ausgebil det in the form of pads 8 . The insert 13 preferably has a stand from the inside 5 of the glass bulb 2 . On the insert 13 , the pads 8 can be arranged, for example, by means of thick-film processes or by soldering or sintering. The insert part 13 is preferably made of ceramic.

Die Fig. 5 verdeutlicht ein weiteres Ausführungs beispiel einer Gasentladungslampe 1, bei der auf der Innenseite 5 des Glaskolbens 2 eine dielektri sche oder halbleitende Struktur 15 angeordnet ist. Diese Struktur verbindet die beiden Elektroden 3 und 4. Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß sich - wie bei der Fig. 4 - im Innern 12 des Glas kolbens 2 ein Einlegeteil befindet, das mit der di elektrischen oder halbleitenden Struktur 15 verse hen ist und eine Gleitentladungsstrecke bildet. Wird eine derartige Ausgestaltung in Betrieb genom men, so reicht eine geringe Spannung zum Zünden ei ner Gleitentladung auf der dielektrischen oder halbleitenden Struktur aus, um ein Plasma zu erzeu gen. Aufgrund der dielektrischen, vorzugsweise hochdielektrischen, beziehungsweise halbleitenden Struktur 15 reicht schon eine relativ niedrige Feldstärke für die Zündung aus. Die dielektrische beziehungsweise halbleitende Struktur 15 ist vor zugsweise aus keramischen Werkstoffen hergestellt. Es kann sich bei der hochdielektrischen Struktur um eine Titanatkeramik handeln, bei der halbleitenden Struktur eignet sich das Material SiC. Fig. 5 illustrates a further example of execution of a gas discharge lamp 1, a dielektri specific or semi-conductive structure 15 is arranged in on the inside 5 of the glass bulb 2. This structure connects the two electrodes 3 and 4 . Alternatively, it can also be provided that - as in FIG. 4 - there is an insert in the interior 12 of the glass bulb 2 , which is provided with the di electrical or semiconducting structure 15 and forms a sliding discharge path. If such a configuration is put into operation, a low voltage is sufficient to ignite a sliding discharge on the dielectric or semiconducting structure in order to generate a plasma. Due to the dielectric, preferably high dielectric or semiconducting structure 15 , a relatively low one is sufficient Field strength for the ignition. The dielectric or semiconducting structure 15 is preferably made of ceramic materials. The highly dielectric structure can be a titanate ceramic, and the material SiC is suitable for the semiconducting structure.

Ist in der Zündphase die Gleitentladung erzeugt, so entfernt sie sich nach dem Durchbruch von der Ober fläche der Struktur 15 und brennt somit - innerhalb von Mikrosekunden - über dem kürzeren Elektrodenab stand direkt zwischen den beiden Elektroden 3 und 4.If the sliding discharge is generated in the ignition phase, it moves away from the surface of the structure 15 after the breakthrough and thus burns - within microseconds - over the shorter electrode spacing stood directly between the two electrodes 3 and 4 .

Claims

1. Gas discharge lamp with a glass bulb, in whose sen protrude at least two electrodes, between which a plasma is formed during operation, characterized in that the electrodes ( 3 , 4 ) inside ( 12 ) of the glass bulb ( 2 ) via a partial spark gap ( 6 ) forming conductor structure ( 7 ) are connected.

2. Gas discharge lamp according to claim 1, characterized in that the conductor structure ( 7 ) of rei hen-shaped pads ( 8 ) is formed.

3. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor structure ( 7 ) on the inside ( 5 ) of the glass bulb ( 2 ) is applied.

4. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor structure ( 7 ) is designed as a thick-film structure.

5. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the pads ( 8 ) made of metal, a metal alloy, made of conductive ceramics or cermets.

6. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor structure ( 7 ) is arranged on an insert ( 13 ) which is located within the glass bulb ( 2 ).

7. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the insert part ( 13 ) is designed as a ceramic insert.

8. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the insert part ( 13 ) on the electrodes ( 3 , 4 ) is attached.

9. Gas discharge lamp with a glass bulb, in whose interior protrude at least two electrodes, between which a plasma is formed during operation, characterized in that the electrodes ( 3 , 4 ) inside the glass bulb ( 2 ) form a dielectric discharge via a sliding discharge path or semiconducting structure ( 15 ) are connected.

10. Gas discharge lamp according to claim 9, characterized in that the dielectric structure ( 15 ) is a high dielectric structure.

11. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the di electrical structure ( 15 ) is a ceramic, in particular a titanate ceramic structure.

12. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconducting structure ( 15 ) is an SiC structure.

13. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the di electrical or semiconducting structure ( 15 ) on the inside ( 5 ) of the glass bulb ( 2 ) is applied.

14. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the di electrical or semiconducting structure ( 15 ) is formed on an insert ( 13 ).

15. Gas discharge lamp according to one of the preceding claims, characterized in that the one laying part ( 13 ) on the electrodes ( 3 , 4 ) is attached.