DE60032834T2

DE60032834T2 - Halterung für das entladungsgefäss in einer doppelwandigen hochdrucklampe

Info

Publication number: DE60032834T2
Application number: DE60032834T
Authority: DE
Inventors: Daniel P. Shippee; Gregory J. Nelson; Franciscus H. Van Lierop; Kevin D. Provagna
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2020-01-14
Also published as: DE60032834D1; JP2002536812A; CN1293821A; EP1070337A1; CN1175465C; US6326721B1; WO2000048230A1; EP1070337B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochintensitäts-Entladungslampe (HID-Lampe) des Typs, der eine Keramik-Metallhalogen-Bogenentladungsröhre mit einander gegenüberliegenden axialen Zuleitungen, die an in einen Glasfuß eingebettete stromführende Halterungselemente angeschlossen sind, und einen Glaskolben mit einem geschlossenen Ende gegenüber dem Fuß aufweist.
1 zeigt eine bekannte Keramik-Metallhalogen-Entladungslampe mit einem metallischen Lampensockel 10 und einem Mittelkontakt 12, der an entsprechende Stromeingänge 16, 17 gelötet ist, die in einen Glasfuß 14 eingebettet sind, wo sie an Halterungselemente 60, 61 geschweißt sind. Das erste Halterungselement 60 hat ein oberes Ende, das mit einer Schleife 64 versehen ist, die um einen durch eine Vertiefung 24 in dem geschlossenen Ende 22 des Außenkolbens 20 geformten Vorsprung angeordnet ist, und einen seitlichen Arm 62, der an eine erste axiale Zuleitung 38 der Bogenentladungsröhre 30 geschweißt ist. Dies ist als Lampe vom ED-Typ bekannt (ED: elliptical dimple; elliptische Vertiefung). Das zweite Halterungselement 61 ist mittels eines flexiblen Niob-C-Hakens 66, der in Position angeschweißt ist, mit der zweiten axialen Zuleitung 39 der Bogenentladungsröhre 30 verbunden. Der Haken beseitigt Spannungen, denen andernfalls die Bogenentladungsröhre infolge der Ausdehnung und Schrumpfung entlang ihrer Achse ausgesetzt wäre. Die verlängerten Hülsen 36, 37 der Bogenentladungsröhre sind besonders scherspannungsempfindlich (Drehmoment senkrecht zur Längsachse der Bogenentladungsröhre). Der Haken verursacht jedoch schon an sich Materialkosten wie auch Arbeitskosten, um ihn in Position anzuschweißen. Ferner können sich sowohl der Arm 62 als auch der Haken 66 verbiegen, falls die Lampe fallen gelassen wird, wobei die Bogenentladungsröhre 30 in dem Kolben außer Mitte und desgleichen außer Mitte in Bezug auf einen Reflektor in einem Beleuchtungskörper gelangt. Dies ist bei einem Parabolreflektor, der erfordert, dass die Lichtquelle im Schwerpunkt der Parabel ist, besonders störend.
Das US-Patent Nr. 3,906,275 offenbart eine Lampe vom ED-Typ mit einer Quarz-Metallhalogen-Entladungsröhre, die durch Bügel gehalten wird, die einander gegenüberliegende Füßchen festklemmen, und an entsprechenden Befestigungselementen, die in den Fuß eingebettet sind, befestigt ist. Wärmespannungen sind für diesen Lampentyp aufgrund der Robustheit des Quarzkolbens und des verhältnismäßig niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Quarz (5,5 × 10^–7) pro °C kein Problem.
GB 440 138 offenbart eine Lampe mit einem röhrenförmigen Außenkolben, der eine Quarz-Entladungsröhre mit einem Füßchen an jedem Ende umschließt. Die Füßchen sind mittels einer federnden Spirale aus Draht, die mit einem Ende mit dem Füßchen verbunden ist und am anderen Ende am Außenkolben anliegt, mit entsprechenden, in den Fuß eingebetteten Befestigungselementen verbunden.
Das US-Patent Nr. 4,401,913 offenbart eine Hochdruck-Natriumlampe vom ED-Typ mit einer Bogenentladungsröhre aus polykristalliner Aluminiumoxidkeramik (PCA). Der untere Anschluss ist an einem Stab im Fuß befestigt und der obere Anschluss ist an einem Stab befestigt, der ein oberes Ende mit einer Schraubenfeder aufweist, die mit der Vertiefung im Eingriff ist. Die Feder wird zusammengepresst und fängt dadurch die Längenausdehnung der Bogenentladungsröhre auf, die aufgrund der Länge (11 cm) der Bogenentladungsröhre, deren Ausdehnungskoeffizienten (80 × 10^–7 pro °C) und hoher Temperaturen erheblich sein kann. Elektrischer Strom wird mittels eines feinen, schraubenförmig gebogenen Drahts, als freie Zuleitung bekannt, der keine Halterung schafft, dem oberen Anschluss zugeführt. Das obere Ende der Bogenentladungsröhre wird ausschließlich durch die Feder gehalten, die mit der Vertiefung im Eingriff ist, sodass eine Ausdehnung in Bezug auf einen Halterahmen kein Problem ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Wärmespannungen an einer Bogenentladungsröhre mit einander gegenüberliegenden axialen Zuleitungen, die an stromführenden Halterungselementen angebracht sind, zu beseitigen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Stoßdämpfung zu schaffen, um ein Verbiegen von Halterungselementen, falls die Lampe fallen gelassen wird, zu vermeiden.
Die Lampe gemäß der Erfindung hat ein Drahtrahmenelement mit einem ersten Ende, das an einem ersten, in den Fuß eingebetteten, stromführenden Halterungselement befestigt ist, einem zweiten Ende, das an einer ersten axialen Zuleitung in unmittelbarer Nähe des geschlossenen Endes des Glaskolbens befestigt ist, und einer Wendel zwischen den Enden, wobei die Wendel Windungen mit Spalten dazwischen hat.
Das Drahtrahmenelement ist besonders zweckmäßig bei einer Lampe vom ED-Typ (Typ mit elliptischer Vertiefung), bei der die Wendel den durch die Vertiefung geformten Vorsprung umgibt. Ein erster Zwischenabschnitt des Rahmenelements erstreckt sich vom ersten Ende zur Wendel und ein zweiter Zwischenabschnitt erstreckt sich von der Wendel zum zweiten Ende. Schweißstellen verbinden die Enden mit dem ersten Halterungselement und der ersten axialen Zuleitung, und die zweite axiale Zuleitung ist in Bezug auf das zweite Halterungselement im Wesentlichen fest positioniert. Die Wendel wird folglich zusammengepresst, womit die Spalte kleiner werden, wenn sich die Bogenentladungsröhre in Bezug auf das Rahmenelement ausdehnt.
Es ist zu beachten, dass die Wendel vorzugsweise lose um die Vertiefung verlegt ist, derart, dass sie die Bogenentladungsröhre in dem elliptischen Außenkolben konzentrisch positioniert, jedoch nicht gegen das geschlossene Ende des Kolbens presst. Vielmehr wird der erste Zwischenabschnitt auf Zug beansprucht, wenn die Wendel auf Druck beansprucht wird.
Die Schraubenfedergestalt hat den Vorteil, dass keine senkrechten Momente erzeugt werden, wenn die Feder zusammengepresst wird. Hingegen erzeugt, wenn der C-Haken zusammengedrückt wird, ein Teil der Reaktionskraft ein Moment senkrecht zur Längsachse der Bogenentladungsröhre, das zu einer Rissbildung in der polykristallinen Aluminiumoxidkeramik und zu einer kürzeren Lampenlebensdauer führen kann. Folglich ist die Spannungsentlastung durch die Erfindung besser als jene nach dem Stand der Technik in 1.
Da der Glaskolben eine Stützfunktion (seitliche Positionierung) erfüllt, kann das Drahtrahmenelement eine geringere Drahtdicke besitzen als ein völlig selbsttragender Rahmen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Rahmenelement federharter, nicht rostender Stahl mit einem Durchmesser von 0,037 Zoll, welches leichter und besser formbar ist als das 0,060-Zoll-Halterungselement nach dem Stand der Technik, das auch das gestutzte Halterungselement der vorliegenden Erfindung bildet.
Das Drahtrahmenelement mit integriertem Spannungsabbau ist für eine Keramik-Metallhalogen-Entladungslampe mit einer polykristallinen Aluminiumoxidumhüllung, die einen mittigen Zylinder bildet, der einen Lichtbogenraum abgrenzt, und einander gegenüberliegenden Hülsen, welche die axialen Zuleitungen zu den Elektroden kapseln, besonders geeignet. Obwohl es nicht besonders lang ist, normalerweise ungefähr 36 mm, macht seine Zerbrechlichkeit erforderlich, dass Spannungen, die durch eine Ausdehnung infolge der hohen Betriebstemperatur auferlegt sind, abgebaut werden.
Zusätzlich zu dem Abbau von Wärmespannungen schafft die Wendel auch in alle Richtung eine gute Stoßdämpfung, falls die Lampe fallen gelassen oder anders erschüttert wird. Dies stellt sicher, dass sich Befestigungskomponenten nicht ohne weiteres verbiegen und die Lichtquelle in dem Außenkolben außer Mitte schleudern.
Außerdem erleichtert das Drahtrahmenelement eine automatisierte Montage der Lampe, da es nicht erforderlich ist, mit einem Niob-C-Haken zu hantieren. Vielmehr werden das Rahmenelement und die Bogenentladungsröhre eingespannt und an die in den Fuß eingebetteten Halterungselemente geschweißt.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung sind aus den Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung ersichtlich.
1 ist eine Seitenansicht der Keramik-Metallhalogen-Lampe nach dem Stand der Technik;
2 ist eine Seitenansicht einer Keramik-Metallhalogen-Lampe gemäß der Erfindung;
3 ist eine Seitenansicht des Drahtrahmenelements.
In 2 hat eine Keramik-Metallhalogen-Entladungslampe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen Schraubsockel 10 und einen Mittelkontakt 12, der mit einem ersten und einem zweiten Stromeingang, 16 bzw. 17, verbunden ist, die in einen Glasfuß 14 eingebettet sind, wo sie mit einem ersten und einem zweiten stromführenden Halterungselement, 18 bzw. 19, die aus dem Fuß 14 ragen, verbunden sind. Die Elemente 18, 19 sind wie die Elemente 60, 61 nach dem Stand der Technik (1) aus Nickeldraht mit einem Durchmesser von 0,060 Zoll geformt. Ein Glaskolben 20, der an den Fuß 14 geschmolzen ist, hat eine im Allgemeinen elliptische Gestalt und ein geschlossenes Ende 22, das mit einer Vertiefung 24 versehen ist, die einen Vorsprung formt.
Die Lichtquelle ist eine Bogenentladungsröhre 30 mit einem Zylinder 32 aus polykristalliner Aluminiumoxidkeramik, mit Elektroden 34, 35, die mit einander gegenüberliegenden axialen Zuleitungen 38 bzw. 39 verbunden sind, welche in entsprechenden am Zylinder 32 ausgebildeten Keramikhülsen 36, 37 eingeschmolzen sind. Ein Drahtrahmenelement 40 hat ein erstes Ende 42, das an das erste Halterungselement 18 geschweißt ist, ein zweites Ende 52, das an die erste axiale Zuleitung 38 geschweißt ist, und eine Wendel 46 zwischen den Enden. Ein erster Zwischenabschnitt 44 erstreckt sich vom ersten Ende 42 zur Wendel 46 und weist ein Getter 45 auf, das an ihm befestigt ist. Ein zweiter Zwischenabschnitt 50 erstreckt sich von der Wendel 46 zum zweiten Ende 52, und die Wendel 46 umgibt lose einen Teil des durch die Vertiefung 24 geformten Vorsprungs, um das Rahmenelement 40 und die Bogenentladungsröhre 30 zu positionieren. Die zweite axiale Zuleitung 39 der Bogenentladungsröhre 30 ist an einen seitlichen Arm 54 geschweißt, der wiederum an das zweite Halterungselement 19 geschweißt ist, wodurch die Zuleitung 39 in Bezug auf das zweite Halterungselement 19 im Wesentlichen fest positioniert ist.
Wie auch 3 zeigt, ist das Drahtrahmenelement 40 aus federhartem, vernickeltem, nicht rostendem Stahl mit einem Durchmesser von 0,037 Zoll (0.037 in diameter 1/4 hard 302 SS) gebildet. Die Wendel 46 ist aus Windungen 48 geformt, wobei der Spalt zwischen den Windungen ungefähr 0,015 Zoll beträgt. Dies gleicht Unterschiede in der Wärmeausdehnung und -schrumpfung zwischen der Bogenentladungsröhre 30 und dem Rahmenelement 40 aus und ermöglicht ein einfaches, mechanisiertes Montageverfahren.
Eine Montage bringt das Anschweißen der Bogenentladungsröhren-Zuleitungen 38, 39 an das Rahmenelement 40 und den seitlichen Arm 54 mit sich, worauf das Anschweißen des Endes 42 und des Arms 54 an Halterungselemente 18, 19 folgt, die schon in den Fuß 14 eingebettet sind. Der vorgefertigte Kolben 20 wird dann so an den Fuß 14 geschmolzen, dass der Vorsprung 24 in der Wendel 46 aufgenommen wird, und der Sockel 10 und der Kontakt 12 werden angesetzt und an die Zuleitungen 16, 17 gelötet.
Die Lampe gemäß der Erfindung baut folglich Wärmespannungen in der Bogenentladungsröhre 30 durch einen einfachen Mechanismus ab, der in das Drahtrahmenelement 40 integriert ist, und beseitigt die Notwendigkeit eines gesonderten Dehnungsteils wie etwa des "C"-Hakens nach dem Stand der Technik.
Die vorangehende Beschreibung ist beispielhaft und soll nicht den Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche einschränken.

Claims

Lampe, die Folgendes umfasst: eine Lichtquelle mit einer ersten und einer zweiten axialen Zuleitung (38, 39), die einander gegenüberliegen, einen Glasfuß 14, ein erstes und ein zweites Halterungselement (18, 19), eingebettet in den Fuß (14), zur Zufuhr von elektrischem Strom zu der ersten bzw. der zweiten axialen Zuleitung (38, 39), einen Glaskolben (20), der die Lichtquelle umgibt und an dem Fuß (14) befestigt ist, wobei der Kolben (20) ein geschlossenes Ende (22) gegenüber dem Fuß (14) hat, das geschlossene Ende (22) in der Nähe der ersten axialen Zuleitung (38) ist und der Fuß (14) in der Nähe der zweiten axialen Zuleitung (39) ist, ein Drahtrahmenelement (40) mit einem ersten Ende (42), das an dem ersten Halterungselement (18) befestigt ist, einem zweiten Ende (52), das an der ersten axialen Zuleitung (38) befestigt ist, und einer Wendel (46) zwischen den Enden (42, 52), wobei die Wendel (46) Windungen mit Spalten dazwischen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtrahmenelement (40) außerdem einen ersten Zwischenabschnitt (44), der sich von dem ersten Ende (42) zu der Wendel (46) erstreckt, und einen zweiten Zwischenabschnitt (50), der sich von der Wendel (46) zu dem zweiten Ende (52) erstreckt, umfasst, wobei die zweite axiale Zuleitung (39) in Bezug auf das zweite Halterungselement (19) im Wesentlichen fest positioniert ist, wodurch die Wendel (46) zusammengepresst wird, wenn sich die Lichtquelle in Bezug auf das Rahmenelement (40) ausdehnt.
Lampe nach Anspruch 1, bei welcher der Lampenkolben eine Vertiefung (24) an dem geschlossenen Ende (22) hat, wobei die Vertiefung einen Vorsprung (24) formt, der sich in Richtung auf die axiale Zuleitung (38) der Lichtquelle erstreckt, wobei die Wendel (46) zumindest einen Teil des Vorsprungs (24) umgibt.
Lampe nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle eine Bogenentladungsröhre (30) ist, die ein Paar innere Elektroden (34, 35) aufweist, die an entsprechende axiale Zuleitungen (38, 39) angeschlossen sind.
Lampe nach Anspruch 3, bei der die Bogenentladungsröhre (30) eine Keramikumhüllung hat.
Lampe nach Anspruch 4, bei der die Keramikumhüllung polykristallines Aluminiumoxid ist.