DE3341846A1

DE3341846A1 - Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE3341846A1
Application number: DE19833341846
Authority: DE
Inventors: Bertus de 5621 Eindhoven Vrijer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-12-01
Filing date: 1983-11-19
Publication date: 1984-06-07
Also published as: JPS59111244A; IT1167668B; GB2132011B; DE3341846C2; NL184550C; BE898336A; NL184550B; FR2537340B1; JPH0630239B2; GB2132011A; CA1201756A; GB8331819D0; US4594529A; IT8323926A0; FR2537340A1; NL8204653A

Description

PHN 10.513 8-6-1983

"Gasentladungslampe".

Die Erfindung betrifft eine Gasentladungslampe, die zum Einsatz in Fahrzeugscheinwerfern geeignet ist und einen mit einer ionisierbaren Gasfüllung gefüllten Quarzglaskolben mit einem langgestreckten Entladungsraum aufweist, in welchem Kolben nahe bei dessen Enden Elektroden angeordnet sind, von denen Stromzuführungsleiter durch vakuumdichte Abschlüsse des L_anipenkolbens nach aussen führen. Eine derartige Lampe ist aus der DE-PS 2 O43 179 bekannt. Die Verwendung einer Gasentladungslampe in Pahrzeugscheinwerfern ist vorteilhaft wegen der hohen Ausbeute, welche Entladungslampen im Vergleich zu den in der Praxis benutzten Glühlampen bringen. Ein Nachteil der bekannten Lampe ist jedoch die Ausdehnung des Entladungsbogens, weil zum Erhalten eines guten Lichtbündels eine gedrängte Lichtquelle erforderlich ist. Verwendung in Scheinwerfern bringt weiter mit sich, dass die Gasentladungslampe mit ihrer Entladungsbahn wenigstens nahezu waagerecht angeordnet wird. Diese Anordnung hat zur Folge, dass sich der Entladungsbogen nach oben krümmt, was einen nachteiligen Einfluss auf das von den Schweinwerfern gebildete Lichtbündel hat. Insbesondere für Lampen, die zur Bildung eines Abblendlichtbündels für Fahrzeuge mit einem Reflektor, einer Frontscheibe und einem Schirm, der einen Teil des Reflektors abschirmt, bestimmt sind, ist es wichtig, dass der Entladungsbogen zusammengezogen (nicht diffus) ist und wenigstens annähernd gerade verläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gasentladungslampe zu schaffen, die in waagerechter Brennlage einen kurzen und wenigstens annähernd gerade verlaufenden Entladungsbogen aufweist und eine hohe Ausbeute bringt.

Diese Aufgabe ist bei einer Gasentladungslampe eingangs erwähnter Art erfindungsgemäss dadurch gelöst,

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dass die Gasfüllung Edelgas, Quecksilber und Metallhalogenid enthält, dass die Wandstärke t des Lampenkolbens in der Mitte zwischen den Elektroden 1,5 bis 2,5 mm, der Innendurchmesser D des Kolbens in der Mitte zwischen den Elektroden 1 bis 3 mm, der Abstand d zwischen den Elektrodenspitzen 3,5 bis 6 mm und die Länge L, über welche die Elektroden jeweils in den Kolben hineinragen, 0,5 bis 1,5 mm beträgt und die Quecksilbermenge A in mg im Kolben der Formel 0,002 χ D² (d + 4L) ^.A ^= 0,2 χ D^1//3 (d + 4L) entspricht, worin D, d und"L in mm ausgedrückt sind.

Es wurde gefunden, dass der Entladungsbogen dieser Gasentladungslampe zusammengezogen (kontrahiert) ist, wenigstens annähernd gerade verläuft und eine hohe Ausbeute liefert. In der Mitte zwischen den Elektroden beträgt der Durchmesser des Entladungsbogens nicht mehr als etwa 1,5 mm. Dabei sei unter "Durchmesser" der Abstand zwischen zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen des Bogens in der Mitte zwischen den Elektroden verstanden, an denen die Lichtintensität 20% der Höchstintensität des Bogens beträgt. Dieser geringe Durchmesser veranschaulicht den zusammengezogenen, nicht diffusen Charakter des Bogens. Ebenfalls in der Mitte zwischen den Elektroden ist die Mittellinie des Entladungsbogens um weniger als 0,5 mm gegenüber der gedachten, geraden Linie verschoben, die die Angriffspunkte des Bogens auf den Elektroden miteinander verbindet.

Diese Eigenschaften des Entladungsbogens werden durch die beanspruchten Massnahmen erreicht. Bei grösseren Quecksilbermengen ist der Entladungsbogen gekrümmt, während bei geringeren Mengen die Ausbeute der Lampe unbrauchbar niedrig ist. Auch bei grösseren Werten von D ist der Entladungsbogen gekrümmt und nicht zusammengezogen, während bei geringeren Werten die Ausbeute unbrauchbar niedrig ist infolge von ThermalVerlusten. Es zeigt sich, dass die Metallhalogenide ungenügend verdampft wurden, wodurch die Lampenausbeute zu gering ist, wenn die Elektroden über eine grössere Länge L als die definierte in die Lampe hineinragen, - während bei einer geringeren Länge das Kolbenglas thermisch unzulässig hoch

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belastet wird. Die Wandstärke t ist für die Temperatur des Lampenkolbens wichtig. Bei geringeren Stärken gibt es grosse Temperaturunterschiede auf dem Umfang des Kolbens: An der Oberseite hat der Kolben an der Aussenseite eine höhere Temperatur als die, die das Glas aushalten kann, und an der Unterseite eine zu niedrige Temperatur. Ist die Kolbenwand dicker als der maximale Wert, so bekommt der ganze Kolben eine zu niedrige Temperatur zum Erreichen einer guten Ausbeute. Sowohl bei grosseren als auch bei kleineren Werten von d lässt sich, mit der Lampe ein gutes Lichtbündel nicht erreichen.

Als Startglas enthält die Lampe ein Edelgas,

beispielsweise Argon, Krypton, Xenon oder Mischungen dieser Gase, mit einem Druck von 3000 Pa oder darüber. Als Beispiele von Metallhalogeniden, die verwendbar sind, sein die Jodide seltener Erden, Skandium, Thorium, Alkalimetall, Zinn, Thallium, Indium und Cadmium und Mischungen von Jodiden, wie Scandiumjodid, Thoriumjodid und Natriumiodid, genannt. Sie erhöhen die Lampenausbeute und verleihen der Quecksilberentladung eine bessere, weniger bläuliche Farbe und eine bessere Farbwiedergabe, was für die Wahrnehmung von Verkehrsschildern wichtig ist. Die Lampe nimmt bei einer Brennspannung von etwa 80 bis 120 V eine Leistung von 20 bis 50 W auf.

Die erfindungsgemässe Lampe ähnelt hinsichtlich der Form des Entladungsraums ungefähr den Lampen aus der US-PS 3 259 777· Jedoch haben die dort beschriebenen Lampen abweichende Eigenschaften, wodurch sie für Verwendung in Fahrzeugscheinwerfern ungeeignet werden. Die Lampen nehmen hohe bis sehr hohe Leistungen auf, wodurch der erzeugte Lichtstrom unbrauchbar hoch ist. Weiter enthalten diese bekannten Lampen kein Quecksilber und ist der Entladungsbogen verhältnismässig diffus.

In der britischen Patentanmeldung 2 000 637 dagegen werden Metallhalogenidentladungslampen beschrieben, di'e Quecksilber und Edelgas enthal ten und eine Leistung von weniger als 250 W aufnehmen. Nach dieser Anmeldung soll der Entladungsraum eiförmig oder sphärisch sein und ist

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dieser Raum vorzugsweise im Verhältnis zu seiner Länge breiter, je nach, der niedrigeren Leistung der Lampe. Bei einer Leistung von 30 ¥ ist sogar der Entladungsraum der Lampe spärisch. Die Wand des Lampenkolbens ist ausserdem dünn. Es hat sich herausgestellt, dass diese bekannte Lampe mit niedriger Leistung einen Entladungsbogen besitzt, der für Verwendung in Scheinwerfern unzulässig krumm ist.

Die erfindungsgemässe Lampe kann mit einem Sockel versehen werden, wodurch sie als austauschbare Lampe in einem Scheinwerfer mit einem Reflektor und einer Frontscheibe angeordnet werden kann. Die Lampe hat zur Vermeidung von Reflexionen vorzugsweise keinen Aussenkolben. Eine weitere Möglichkeit ist die Vereinung der Lampe mit einem Reflektor und einer Frontscheibe zu einer Einheit. Durch ihren wenigstens nahezu gerade verlaufenden, zusammengezogenen Bogen eignet sich die Lampe insbesondere zur Bildung eines Abblendlichtbündels in Verbindung mit einem Schirm, der sich seitlich der Bahn zwischen den Elektroden erstreckt und dadurch einen Teil des Reflektors abschirmt.Ein derartiger Schirm kann beispielsweise aus Keramik bestehen.

Da die erfindungsgemässe Lampe eine sehr hohe Helligkeit besitzt, die einige Male grosser als die einer Halogenglühlampe ist, kann man mit einem Reflektor mit einer verhältnismässig kleinen reflektierenden Oberfläche auskommen, um die üblichen standardisierten Bündel zu erhalten. Dadurch ist es möglich, einen so abgeplatteten Reflektor zu verwenden, dass die Frontscheibe nur wenige Zentimeter hoch ist, z.B. 5 cm. Dies bietet den Vorteil, dass die Frontseite eines Fahrzeugs, in der die erfindungsgemässe Lampe verwendet wird, flacher sein kann, wodurch das Fahrzeug einen geringen Luftwiderstand hat. Der Entladungsraum der erfindungsgemässen Lampe ist im allgemeinen im wesentlichen kreiszylindrisch, obgleich er sich zu den Enden des Kolbens hin verjüngen kann. Bei Ausführungsformen mit einem Pumpstengelrest befindet sich dieser Rest möglichst in der Nähe einer Elektrode. Auch wenn der Pumpstengelrest sich zwischen den Elektroden befindet, wird zum Vermeiden einer kalten Stelle dieser Rest möglichst klein gemacht sowie die Vergrösserung des

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Volumens des Kolbens durch diesen Pumpstengelrest möglichst verringert. Zum Bestimmen der Quecksilbermenge in der Lampe wird der Innendurchmesser D des Kolbens in einer Ebene durch die Mittellinie des Kolbens gemessen, wobei der Pumpstengelrest ausserhalb dieser Ebene liegt. Der Kolben hat eine verhältnismässig dicke Wand, wodurch auf dem Umfang der Lampe eine homogenere Temperatur erhalten wird. Die Wanddicke des Lampenkolbens kann über die ganze Länge des Entladungsraumes gleich, jedoch anders nahe bei den Enden des Entladungsraums geringer sein. Wie bei den bekannten Lampen haben die vakuumdichten Abschlüsse des Kolbens in der Regel geringe Querabmessungen zur Beschränkung thermischer Verluste. Die Stromzuführungsleiter können an der Stelle der Abschlüsse aus Metallfolien bestehen; in einer durch die geringen Querabmessungen des Abschlusses vorteilhaften Ausführungsform bestehen sie aus Metalldraht.

Einige Ausführungsbeispiele der Lampe nach der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Lampe im Längsschnitt, Fig. 2 eine andere Ausführungsform einer Lampe im Längsschnitt,

Fig. 3 eine mit einem Sockel versehene Lampe in Seitenansicht,

Fig. 4 eine Lampenreflektoreinheit im Längsschnitt mit der Lampe in Seitenansicht.

Die in Fig. 1 dargestellte Lampe hat einen rohrförmigen Quarzkolben 1, in dem nahe seiner Enden jeweils eine Elektrode 2 angeordnet ist. In der Figur ist jede Elektrode ein thorierter Wolframdraht, aber die Elektrode kann auch ein auf einem Draht schraubenlinienförmig gewickelter Wolframdraht sein. Stromzuführungsleiter 4 und 3 verlaufen von den Elektroden 2 durch einen vakuumdichten Abschluss 5 des Kolbens 1 nach ausseri. In der Figur bestehen die Strornzuführungsleiter aus je einer Metallfolie 4 aus Wolfram oder Molybdän und aus einem Draht 3> im allgemeinen aus Molybdän. In der Figur ist der vakummdichte Abschluss 5 eine Quetschung. Eine andere Möglichkeit ist jedoch ein Abschluss durch Verschmelzen des Quarzglases mit einem mit Quarzglas

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verkleideten Draht. Der Draht verbindet in sich die Funktionen der Elektrode 2, der Folie 4 und des Drahtes 3·

Der Innendurchmesser des Kolbens 1 in der Mitte zwischen den Elektroden 2 ist mit D, der Abstand zwischen den Spitzen der Elektroden 2 mit d, die Länge über welche die Elektroden in den Kolben hineinragen, mit L und die Dicke der Wand des Kolbens 1 in der Mitte zwischen den Elektroden mit t bezeichnet.

Der Kolben ist mit einer Mischung aus Edelgas, Quecksilber und Metallhalogenid gefüllt. Beispiel

Ein Beispiel einer erfindungsgemässen Lampe in der Form nach Fig. 1 ist durch folgende Werte gekennzeichnet. D = 2,5 mm ( 1 <C- D ύ3mm)

d = 4,5 m (3,5^d ^ 6 mm)
L = 1,0 mm (0,5-£L $.1,5 mm)
t = 1,75 mm ( 1 , 5 ^ t $- 2, 5 mm)

A= 1,8 mg (0,002 . D² (d + 4L) <A £0,2 . D¹'³ (d + 4L) Argon: Fülldruck 53.500 Pa

Natriumjodid-, Skandiumjodid-, Thoriumjodid-Mischung: 1 mg; Mol-Verhältnis der Jodide: 94,5 : 4, 4:1,1 . Die Lampe wurde in waagerechter Lage bei einer Spannung von 100 V, 7 kHz gebrannt und nahm dabei eine Leistung von 35 W auf. Der Lichtstrom der Lampe betrug 25ΟΟ Lumen. Der Entladungsbogen hatte in der Mitte zwischen den Elektroden einen Durchmesser von 1 mm und war mit seiner Mittellinie an dieser Stelle über 0,4 mm in bezug auf die gedachte gerade Verbindungslinie zwischen den Angriffspunkten des Bogens auf den Elektroden verschoben, die einen Durchmesser von 350 /um hatten.

In Fig. 2 haben entsprechende Teile eine Bezugsziffer, die um 5 höher als in Fig. 1 ist. Der (Entladungs-)-Raum im Kolben 6 ist hier länglich und tonnenfÖrmig.

In Fig. 3 hat die Lampe 11 einen Sockel 12 und einen Schirm 13» der sich seitlich der Bahn zwischen den Elektroden erstreckt und bei der Aufstellung der Lampe in einem Reflektor einen Teil des Reflektors abschirmt, so dass ein Abblendlichtbündel gebildet wird.

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In Fig. 4 ist die Lampe 11 zusammen mit einem Schirm 13 i^i einem Reflektor 14 angeordnet, der mit einer Frontscheibe 15 ausgerüstet ist. Der Reflektor 14 krümmt sich parabolisch, ist jedoch an der Ober- und Unterseite flach geschnitten. Die Schnitte sind derart angefertigt, dass die optische Achse des Reflektors, auf dem die Lampe montiert ist, unter der halben Höhe des Reflektors liegt. Der unter der optischen Achse liegende Teil des Reflektors wird zum grössten Teil vom Schirm 13 abgeschirmt. Durch die

]q geometrisch asymmetrische Aufstellung der Lampe ist bei der gegebenen Reflektorhöhe eine verhältfiismässig grosse reflektierende Oberfläche zur Bildung eines Abblendlichtbündels nützlich wirksam.

Die Lampe aus obigem Beispiel in einem Reflektor nach Fig. k mit einer Gesamthöhe von 5 cm ergab ein hervorragendes Abblendlichtbündel.

Claims

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Patentansprüche

\1 . J Gasentladungslampe, die zum Einsatz in Fahrzeugscneinwerfern geeignet ist und einen mit einer ionisierbaren Gasfüllung gefüllten Quarzglaskolben mit einem länglichen Entladungsraum hat, in welchem Kolben nahe bei dessen Enden Elektroden angeordnet sind, von denen Stromzuführungsleiter durch vakuumdichte Abschlüsse des Lampenkolbens nach aussen führen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfüllung Edelgas, Quecksilber und Metallhalogenid enthält, dass die Wandstärke t des Lampenkolbens in der Mitte zwischen den Elektroden 1,5 bis 2,5 nun, der Innendurchmesser D des Kolbens in der Mitte zwischen den Elektroden 1 bis 3 mm, der Abstand d zwischen den Spitzen der Elektroden 3i5 bis 6 mm und die Länge L, über welche die Elektroden jeweils in den Lampenkolben hineinragen, 0,5 bis 1,5 mm beträgt und die Quecksilbermenge A in mg im Kolben der Formel 0,002 . D² (d + 4L) CA <0,2 . D¹'³ (d + 4L) entspricht, worin D, d und L in mm ausgedrückt sind.
2. Gasentladungslampe nach Anspruch 1, mit einem Sockel und einem Schirm, der sich seitlich der Bahn zwischen den Elektroden erstreckt.
3. Gasentladungslampe nach Anspruch 1 mit einem Reflektor, einer Frontscheibe und einem Schirm, der einen Teil des Reflektors abschirmt.