发明内容
与没有天线的***相比,比如US5541480中所描述的浮动天线的应用可以改进灯的点火,但是仍然可能需要相对较高的点火电压。因此,惰性气体压强不可能与所期望的最优的灯性能那样高。
因此,建议将天线连接到所述电极之一。然而,已经发现这是不容易的。在生产阶段,在通过导体(其与相应的电极电接触)的电流引线被密封到放电容器的端塞中之前(浮动)天线优选地应用于放电容器。由于密封材料被用于密封,所以天线(更精确地,天线的(第一)端部)与通过导体的电流引线之间的物理接触可能是困难的或者甚至是不可能的。这进一步表明天线的端部尽可能靠近(比如大约几微米或更小)通过导体的电流引线的受控的定位(因此在密封之前)也是困难的或者甚至是不可能的,特别是在大规模的生产过程中。
因此,期望的是提供一种可替代的高强度放电灯,其优选地消除上述缺陷中的一个或多个。
为此,本发明在一个方面提供一种高强度放电灯(在此也被指示“灯”或“高强度放电灯”等),包括陶瓷放电容器(在此也被指示为“放电容器”或“容器”),其具有密封的第一和第二端塞以及外部电天线(在此也被指示为“天线”),其中
该放电容器封装放电体积,包括第一和第二电极以及包含填充物;
该端塞封装第一和第二通过导体的电流引线,该通过导体的电流引线与电极电接触,并且该通过导体的电流引线包括向陶瓷放电容器的外部延伸通过第一和第二端塞开口的第一和第二金属部分;
该端塞开口用封装所述金属部分的至少一部分的第一和第二密封玻璃(也被指示为“密封物”或“密封件”)密封;
该外部电天线在陶瓷放电容器的外表面的至少一部分上且在第一端塞的外表面的至少一部分上(特别是在烧结的钨轨迹上)延伸,其中电天线的第一端与第一金属部分之间的最短距离(LA-M)在0.1-5mm的范围内,并且其中电天线的第一端与第一金属部分之间的第一密封玻璃(10a)的电阻<100kΩ。
这样的卤化物灯(特别是其外部电天线)可以以受控方式生产。而且,这种放电灯可以比现有技术发展水平的放电灯具有更大的惰性气体压强,这可以提供更好的光技术属性,同时放电仍然相对容易的启动。在这样的灯中,天线可以与通过导体的电流引线电连接,同时距从所述通过导体的电流引线仍然有一定空间距离。因此,尽管天线没有与通过导体的电流引线(特别是其向陶瓷放电的外部延伸的金属部分)物理接触,但是由于导电密封玻璃的选择的原因存在电接触(即,密封玻璃封闭了通过导体的电流引线与所述端塞开口之间的间隙并且在天线的第一端与第一通过导体的电流引线之间创建导电障碍(conducting barrier))。更高的惰性气体压强具有以下影响:1)更高的功效(例如对于HPS灯,这取决于灯类型,增长可能在5%与15%之间,以及2)更好的维护。更高的惰性气体压强(比如更高的Xe压强)可以减少黑化,这是由于从一个或多个电极到电弧(arc)管壁上W的蒸发和沉积的原因造成的。
对于大多数灯(HPS和CDM),可靠的点火电压可以为大约3kV。然而,在本发明中,该点火电压可以减少30%到50%(即,在约1.5-2kV的范围内)。
对于HPS灯,降低点火电压的自由可以不(完全)被使用,但是此外或可替代地,该额外的设计空间可以用于将惰性气体压强,特别是Xe的压强(也参见上文),增加到一定水平,在该水平处点火电压与上文定义的点火电压具有相同的数量级。这可能导致具有更好的光技术属性的灯。
对于CDM灯,点火电压的减少可以用于改进点火可靠性(即,不增加填充气体压强)。CDM可能的优点可以是使得灯“热再触发(hot-restrike)”。这意味着,当由于在仍然热的灯内高Hg压强的存在引起所述点火电压高于冷态中的点火电压时,灯可以在冷却降温期间再次被点火。
在此,术语“第一”和“第二”是指在一些实施例中可能基本相同的各个部分。例如,第一和第二通过导体的电流引线以及第一和第二端塞以及第一和第二密封玻璃可能是基本相同的。而且,术语“第一”和“第二”在涉及特定项目时一般地不涉及装配包括这些项目的设备的特定顺序。与此相比,天线的第一和第二端原则上不相同,因为第一端指示与第一通过导体的电流引线(其金属部分)电接触的端部,而第二端部指示天线离该第一端部最远的部分,但是第二端部不与第二(或第一)通过导体的电流引线电接触。在该第二端部与电极之间,在放电容器内,可以启动放电。天线(的第二端部)与电极之间的最短距离可以根据灯的类型和天线的设置(和其可选的圆周部分(也参见下文))而变化,并且可以例如在0.8-10mm的范围内。该距离包括放电容器和放电容器壁中的气体。
在特定实施例中,第一金属部分包括铌。该材料具有可以对应于陶瓷放电容器的热膨胀系数。铌是优选的金属,但也可以使用钼、铱、铼,铌、钼、铱和铼的一个或多个的合金。可选地,钨或铂也可以用于所述一个或多个金属部分。
天线可以是在陶瓷壁上的金属层;该金属层可以烧结在陶瓷壁上,如US5541480中所述,在实施例中,该烧结过程可以在放电容器的烧结期间发生。特别地,该电天线包括烧结的钨轨迹。这种钨轨迹可以在放电容器的外部表面上和在端塞之一上提供,如US55414180中所述,该文献通过引用合并于此。在此,与一个电极(或通过导体的电流引线)电接触的天线也被指示为“有源天线”。
许多玻璃可以被使用,只要天线的第一端部与通过导体的电流引线之间的电阻在所指示的范围内(即,允许“电接触”)。在特定实施例中,第一密封玻璃包括氧化铝、氧化镝、氧化硅玻璃。在另一个实施例中,第一密封玻璃包括氧化钡、氧化镁、氧化铝玻璃。
特别地,电天线的第一端与第一金属部分之间的最短距离(LA-M)可以在0.1-3mm的范围内,比如0.3-0.8mm。这可能是在处理需求与传导之间的良好折衷。特别地,电天线的第一端与第一金属部分之间的第一密封玻璃的电阻是1Ω-50kΩ,比如3Ω-50kΩ,特别是5Ω-10kΩ。可以满足这种标准的玻璃除了其他之外是上文提及的氧化铝、氧化镝、氧化硅玻璃和氧化钡、氧化镁、氧化铝玻璃。该密封玻璃的电阻可以取决于其相(phase)。只要贯穿密封部分存在非晶(=类似玻璃)基底,该电阻将充分低。该玻璃相优选地触摸天线和通过导体的电流引线(比如Nb引线)。密封部分的结晶部分具有高得多的电阻。在该玻璃中,可能存在结晶部分,但是只要它们不中断从天线到Nb-引线的玻璃基底,这就不是问题。该密封玻璃和电天线特别地被设置成使得电天线的第一端与密封玻璃物理接触,比如嵌入密封玻璃。
在特定实施例中,高强度放电灯是高压钠(HPS)放电灯,填充物包括钠,放电容器进一步包括氙,且氙压强至少是250托,优选地为270-600托,比如300-550托。一般地,当前的灯具有更低的氙压强。一般地,具有更多Xe的当前灯当在根据IEC 60662的规则齿轮上使用时将具有点火问题。填充物可以包括汞和钠的汞齐。该填充物还可以无汞。因此,当应用根据IEC 60662的规则齿轮时,上文指示的Xe压可以在HPS灯中应用。
在又一个实施例中,高强度放电灯是高压金属卤化物蒸汽灯,其中在实施例中,该填充物包括钠、铊、钙和可选地一个或多个选自稀土金属、钪、钇、锂、镓、铝、铟、锌和锡的组的元素。在另一个实施例中,填充物包括来自下述每个组的至少一个元素:a)碱金属卤化物,b)铟(和/或)或铊卤化物,以及c)稀土金属卤化物,且可选地d)来自碱土金属卤化物的组的一个元素。这些金属特别地被添加为碘化物。碘化锂可以用于减少绿颜色成分;碘化镓可以用于向灯提供相对较高的色温(“更冷”的光);碘化铝可以例如用于缓冲杂质;碘化铟也可以用于向灯提供相对较高的色温(“更冷”的光);碘化锌可以用在不希望有汞(碘化物)的那些情况中;并且碘化锡可以用于向灯提供相对较低的色温(“更暖”的光)。在实施例中,填充物包括一个或多个选自由Cs、Rb、K、Sr、Nd、Yb、La、Li、Mg、Sc、Y、Pr、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Tm和Lu构成的组。在本领域,术语“(盐)填充物”有时被指示为“电离的气体填充物”或“电离的(盐)填充物”。该填充物也可以是无汞的。
高强度放电灯可以例如具有在2500-4500K范围内的相关色温(CCT)。
本发明的这些和其他方面将根据下文所述的实施例而清楚明白并且将参照这些实施例而被阐明。
具体实施方式
如上文所提及,本发明的灯包括陶瓷放电容器。这特别地意味着陶瓷放电容器的壁优选地包括半透明的结晶金属氧化物(如单晶蓝宝石和密烧结多晶氧化铝(也被称为PCA)、YAG(钇铝石榴石)和YOX(氧化钇铝))或者半透明的金属氮化物,如AIN。该容器壁可以由如本领域已知的一个或多个(烧结的)部分构成(也参加下文)。
下面,参照图1-3描述本发明的灯的实施例。然而,本发明的灯不限于下面描述的和/或图1-3中示意性描绘的实施例。本发明的特定实施例和原理在图4a-4d和5a-5d中得到描绘并且在下文中得到描述。
灯1可以是高强度放电灯。在图1-3中,放电容器3被示意性描绘。通过导体的电流引线20、21用两个相应的密封物10(如本领域已知的密封熔块(sealing frit))密封。然而,本发明不限于这样的实施例。
在此,更详细地描述了特定实施例,其中两个通过导体的电流引线20、21借助密封物10而被密封到放电容器3中(也参见图1-3)。两个具有相互距离为EA(在本领域有时也被指示为ED)的尖端4b、5b的两个电极4、5(例如钨电极)被设置在放电空间11中,以便在它们之间限定放电路径。圆柱形放电容器3在实施例中可以具有至少超过距离EA的内直径D。每个电极4、5在放电容器3中延伸一段距离以在容器壁31(即分别是附图标记33a、33b(也参加下文))与电极尖端4b、5b之间形成从尖端到底部的距离。放电容器3可以借助端壁部分32a、32b在任一侧上闭合,形成放电空间的端面33a、33b。端壁部分32a、32b均具有开口,其中相应的陶瓷突出塞34、35以不透气方式借助烧结的结合处S而被装配(fit)在端壁部分32a、32b中。放电容器3借助这些陶瓷(突出)塞34、35而被闭合,所述陶瓷塞的每一个利用窄***空间将通过导体的电流引线20、21(一般地包括相应的组件40、41,50、51,这在下文中更详细地解释)封装到位于放电容器3中的电极4、5,并且以不透气方式借助在远离放电空间11的端处的熔化陶瓷结合处10(还被指示为密封物10)而连接到该导体。这里,陶瓷放电容器壁30包括容器壁31、陶瓷(突出)塞34、35和端壁部分32a、32b。
塞34、35(或端塞34、35)在此也被分别指示为第一和第二端塞。
放电容器3被在一端设灯帽2的外部灯泡100围绕。当灯1在运行中时放电将在电极4与5之间延伸。电极4经由电流导体8连接到形成灯帽2的一部分的第一电触点。电极5经由电流导体9连接到形成灯帽2的一部分的第二电触点。
陶瓷(突出)塞34、35均狭窄地封装相关电极4、5的通过导体的电流引线20、21,该相关电极具有分别设有尖端4b、5b的电极棒4a、5a。通过导体的电流引线20、21进入放电容器3。在实施例中,通过导体的电流引线20、21均可以包括例如Mo-Al2O3金属陶瓷形式的抗卤化物部分41、51和以不透气方式借助密封物10固定到相应端塞34、35的部分40、50。密封物10延伸某个距离(例如约1-5mm)超过Mo金属陶瓷41、51(在密封期间,陶瓷密封材料透入相应的端塞34、35内的自由空间)。部分41、51可能以可替代方式形成而非由Mo-Al2O3金属陶瓷形成。例如,从EP0587238(通过引用合并于此,其中描述了线圈-棒配置)中获知其他可能的构造。特别适合的构造被发现是抗卤化物材料。部分(或部件)40、50由膨胀系数良好地对应于端塞34、35的膨胀系数的金属构成。例如,选择铌(Nb),因为该金属具有对应于陶瓷放电容器3的热膨胀系数。
通过导体的电流引线20、21在此也被进一步指示为第一和第二通过导体的电流引线20、21。电极4、5在此也被分别指示为第一和第二电极。在相应的端塞34、35处的密封物(或封接或密封玻璃)10在此也被分别指示为第一密封物10a和第二密封物10b。金属部分40、50在此也被指示为第一和第二金属部分40、50。
图3示出根据本发明的灯的另一个实施例。对应于图1和2中所示的各个灯部分已被给出了相同的附图标记。放电容器3具有封装放电空间11的成形的壁30。在此所示的情况下,该成形壁30形成椭圆体。与上述实施例(也参见图2)相比,壁30是单个实体,实际上包括壁31、相应的端塞34、35和端壁部分32a、32b(图2中被示出为单独的部分)。在WO06/046175中更详细地描述了这种放电容器3的特定实施例。可替代地,其他形状(例如球状体)同样是可能的。
在此,在图2中示意性描绘的实施例中,壁30可以包括陶瓷(突出)塞34、35、端壁部分32a、32b和壁31或壁30,如图3中示意性描绘的,该壁30是陶瓷壁,这将被理解为意指半透明的结晶金属氧化物或半透明金属氮化物(如AIN)的壁(也参见上文)。根据现有技术水平,这些陶瓷良好地适合用于形成容器3的半透明放电容器壁。这样的半透明陶瓷放电容器3是已知的,参见例如EP215524、EP587238、WO05/088675和WO06/046175。在特定实施例中,放电容器3包括半透明烧结的Al2O3,即壁30包括半透明烧结的Al2O3。在附图中示意性描绘的实施例中,壁30还可以包括蓝宝石。
放电空间11优选地包含Hg(汞)和起动器(starter)气体,比如Ar(氩)或Xe(氙),如本领域已知。
原则上,本发明的灯还可以无汞操作,但是在优选实施例中的放电容器3中存在Hg。在稳态燃烧(在此也被指示为标称操作)期间,长弧灯一般具有几巴压强,而短弧灯在放电容器中可能具有高达约50巴的压强。
在本说明书中,标称操作意指在最大功率处且在灯被设计操作的条件下的操作。
使用本领域已知的技术向放电容器3填充填充物(即,起动器气体、填充物和Hg)。
可选地,如在此所述的一个或多个其他碘化物此外可以存在于放电容器3中(也参见上文)。该填充物还可以包括其他元素,如上所提及。而且,该填充物还可以包括基本上仅有钠和汞,或基本上只有钠,如在HPS灯的情况下的金属元素。
图4a示意性描绘了放电容器3的实施例。这里,放电容器3具有图3的放电容器的形状,但是该形状仅是为了举例而被选择。
该放电容器具有外表面203,其涉及放电容器3的变宽的部分的外表面;该端塞34、35具有相应的外表面234和235。一般地,放电容器的总外表面将是外表面203和端塞34、35的外表面234和235的和。端塞34、35分别具有开口134和135。图4a示意性描绘了通过导体的电流引线20、21尚未分别设置在端塞34、35中并且开口134、135未被密封的状态。相应的端塞34、35的边缘用附图标记334、335(即,分别为第一和第二端塞边缘334、335)来指示。
图4b示意性描绘了与图4a中示意性描绘相同的实施例(该形状再次仅是示范性的),其中为便于理解,通过导体的电流引线20、21和电极尖端4b、5b用虚线指示。这里,指示了外部电天线120。该天线120延伸超过陶瓷放电容器3的外表面203的至少一部分并且超过第一端塞34的外表面234(包括边缘334)的至少一部分。该天线具有第一端121,其在第一端塞34处且靠近第一通过导体的电流引线20(当设置在第一端塞时),以及第二端122,相比于第一电极的尖端4b,该第二端122更靠近第二电极的尖端5b。天线120的宽度一般在约0.05-2mm范围内,比如0.1-1mm;天线120的厚度(用标记d指示)一般在约0.01-1mm范围内;第一端121与第二端122之间的天线长度可能取决于灯的类型和设计。第一端121与第一通过导体的电流引线20(即其金属部分40)之间的最短距离在被设置并密封到放电容器3中(也参见下文)时用LA-M指示,并且一般地在约0.1-5mm范围内;第二端122与第二电极尖端5b之间的最短距离可以在0.85-8mm的范围内。这里,第一端121与第一通过导体的电流引线20电接触,而第二端122不与第二通过导体的电流引线21电接触,在这个意义上,第一端121和第二端122是不相似的。在第二端122与第二电极尖端5b之间,可以在放电灯1的点火阶段中形成放电。
图4c示意性描绘了与图4a和4b中示意性描绘基本相同的实施例,其关注于天线120的第一端121所在的放电容器侧(即,这里在第一端塞34处)。然而,现在显示放电容器3的更有棱角的形状。而且,指示了第一通过导体的电流引线20和第一密封物10a的存在。如这些图中所示,天线120可以在第一端塞34的边缘334上延伸。电天线120的第一端121与第一通过导体的电流引线20的第一金属部分40之间的第一密封玻璃10a的电阻优选地<100kΩ。
图4d示意性描绘了一个实施例,其中天线120进一步包括圆周部分123,其优选地设置在天线的第二端122处,从而周向围绕(在放电容器3的外表面203处)第二电极5,特别是第二电极尖端5b。其中US5541480可以使用两个这样的环,一个在第一电极(尖端)处而一个在第二电极(尖端)处,这里只有一个这样的圆周部分(比如在第二电极(尖端)处)侧就足够了,因为第一端121与第一电极4(即与第一通过导体的电流引线20)电连接。与第一电极尖端4b相比,圆周部分123更靠近第二电极尖端5b,但是不必设置在最靠近第二电极尖端5b的距离处。例如,圆周部分123还可以靠近第二端塞35的起点来设置;这在图中用第二虚线结构来指示(用附图标记123’指示;附图标记122’是指在圆周部分上该变体的第二端)。
在实施例中,圆周部分123(因此)可以在第二电极的轴向位置处延伸并且与天线120接触。在该实施例中,圆周部分123实际上是天线120的一部分。圆周部分123优选地完全围绕放电容器3(在第二电极尖端5b的范围(latitude)处),即3600环,但是可以可选地部分围绕放电容器3。优选地,圆周部分123在180-3600、特别是270-3600、更特别地3600范围内围绕外表面203。圆周部分123可以具有与上文针对天线120所指示的相同范围内的宽度和高度。圆周部分123可以与天线120的其余部分一起被如上文所述地烧结(也参见US5541480)。
注意到,图4a-4d中描绘的特定实施例同样可以用于不同成形的放电容器3。进一步注意到,指示“第一”和“第二”一般地仅用于区分在其他方面相似的项目,除非另外指示。
图5a示意性描绘了HPS灯的放电容器3的实施例。原则上,HPS灯的放电容器可以如US510676中所述,该文献通过引用合并于此。图5a示出具有端34、35的细长的放电容器3。该放电容器3可以是循环圆柱形的并且可以具有例如0.40cm的内直径。可替代地,例如,放电容器3可以朝向端34、35变窄。放电容器3特别地由陶瓷材料制成。该密封玻璃用附图标记10a、10b来指示。
一对电极4、5被设置在放电容器3中,其中每个电极4、5可以利用(钛)焊料341a、341b例如以铌管的形式固定到通过导体的电流引线40、50的端342a、342b,其用作电流供应导体20、21并且在放电容器3的端或塞34、35处发布(issue)到外部。可替代地,例如,一个或多个通过导体的电流引线可以是一个或多个杆。
放电容器3的具有例如4.2cm长度EA的中央部分322延伸至电极4、5。放电容器3的中央部分322相应地可以具有0.53cm3的体积V。
在实施例中,放电容器3可以设有包括0.18mg钠和1.42mg汞的汞齐的填充物。该汞/体积关系可以如US中所述。
容器3具有外部长度L4。
图5b更详细地示意性描绘HPS灯的放电容器3的一端、第一端。天线120被设置在放电容器3的外表面203的部分和第一端塞34的外表面234的部分上。该天线120与第一端121一起被设置在密封玻璃10a中。
实例
有源天线已在HPS上得到测试。对于无Hg的HPS灯范围,观察到了最强益处。在这些灯中,需要相对较长和较窄的电弧管来在缺少Hg的情况下生成足够大的灯电压。然而,这导致相对较高的点火电压。为了在具有最小脉冲的点火器上实现可靠的点火,Xe压强保持低。该低Xe压强的缺陷是功效的5-10%的减少,与它们的包含配对物的Hg相比,这使得灯减少了吸引力。下文的表给出了针对2个无汞HPS灯类型所获得的结果:
|
150W |
400W |
|
容器外直径(大致管状成形的) |
5.88 |
8.02 |
mm |
长度
(L4) |
94 |
140 |
mm |
壁厚度 |
1.04 |
1.00 |
mm |
天线轨迹厚度 |
0.25 |
0.25 |
mm |
Na |
2 |
5 |
mg |
Xe |
130 |
120 |
托 |
至于这些灯,针对具有无源和有源天线的灯并在若干不同的Xe压强下测量平均点火电压。结果在下表中给出。所述下表给出了在可变的Xe压强下对150W和400W无汞灯给出了点火电压和功效。针对具有2μ秒脉冲宽度的脉冲点火测量最小点火电压(kV为单位)。每个值是5个灯的平均值,每个测量3次。该功效独立于天线的性质并且因此仅被作为Xe压强的函数给出。
该150W无汞灯必须在2.8kV脉冲上点火。利用无源天线,只有具有126托Xe的系列满足该要求。利用有源天线,即使具有265托Xe的灯满足点火要求。作为该更高的Xe压强的结果,该灯可以达到8lm/W的较高功效(增加8%)。关于400W无汞灯,它们必须在3.2kV脉冲上点火,但是除此之外结果相同。在291托Xe处测量的3.3kV稍高,但是根据数据的内插,由此可见270托Xe是可行的。
适合的密封件的实例
适合的密封玻璃可以具有下述近似的成分:70-90 wt.% 12CaO*7Al2O3、10-20 wt.% BaO*Al2O3、2-10 wt.% MgO和 0.5-4 wt.% BaO*B2O3。
另一个适合的密封玻璃可以具有下述近似成分:20-40 mol% Al2O3、20-40 mol% Dy2O3和30-40 mol% SiO2。
在此使用的比如在“基本所有发射”中或在“基本由…构成”中的术语“基本”将被本领域技术人员理解。术语“基本”也可以包括具有“全部地”、“完全地”、“所有”等的实施例。因此,在实施例中,也可以移除副词基本。在适用的地方,术语“基本”也可以指90%或更高,比如95%或更高,特别是99%或更高,甚至更特别地99.5%或更高,包括100%。术语“包括”还包括其中术语“包括”意指“由…构成”的实施例。
在此所述的灯除了其他之外在操作期间被描述。如本领域技术人员将清楚,本发明不限于操作的方法或操作中的灯。
应当注意,上面提及的实施例说明而非限制本发明,并且本领域技术人员将能够设计许多可替代实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中,置于括号之间的任何附图标记将不被解释为限制该权利要求。动词“包括”及其变形的使用不排除权利要求中叙述之外的其他元件或步骤的存在。在元件之前的冠词“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在列举了若干装置的设备权利要求中,这些装置中的若干个可以由同一项硬件体现。
在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的起码事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。