DE4008375A1

DE4008375A1 - Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE4008375A1
Application number: DE4008375A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Fromm; Andreas Dr Hohlfeld
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1990-03-15
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1991-09-19
Also published as: US5210463A; JP2947958B2; DE59008768D1; EP0456907B1; JPH04220939A; EP0456907A2; EP0456907A3

Description

Die Erfindung behandelt eine Hochdruckentladungs lampe mit einer Metallhalogenidfüllung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hochdruckentladungslampen mit Metallhalogenidfül lung besitzen als Elektrodenmaterial meist eine Stiftelektrode, die sich aus einem Kernstift und einer oder mehrerer übereinander um das Ende des Stiftes gewickelter Drahtwendeln zusammensetzt. Die Spitze des Stiftes ragt über die den Elektrodenkopf bildenden Drahtwendeln hinaus, um als Ansatzpunkt für den Entladungsbogen zu dienen. Ein Beispiel für eine solche Elektrodenkonstruktion findet sich in der US-PS 43 96 857. Diese Konstruktion hat sich jedoch bei Hochdruckentladungslampen mit Metall halogenidfüllungen, die die Metalle Natrium und Zinn enthalten und zur Erzeugung von Farbtemperatu ren von 2700 bis 3400 K verwendet werden, als ungeeignet herausgestellt. Solche Füllungen be wirken beim Betrieb der Lampe einen schnellen Abbrand der Elektrodenspitzen, gefolgt von Bogen verlängerung und Anstieg von Brennspannung und Wiederzündspitze. Der Elektrodenabbrandprozeß begrenzt somit die Lebensdauer, da die Lampe ver löscht, wenn die Wiederzündspitze die Leerlaufspan nung übertrifft.

Der Abbrand der Elektrodenspitzen kann durch eine massivere Ausgestaltung des Elektrodenstiftes im Bereich des Bogenansatzpunktes reduziert werden. Allerdings erhöht sich dadurch bei diesen Lampen beim 50 bis 60 Hz-Betrieb der Flickerfaktor. Dies wird bei Anwendung dieser Lampen im Innenraumbe reich, wofür sie insbesondere vorgesehen sind, vom Betrachter als unangenehm empfunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe zu schaf fen, bei der durch eine spezielle Elektrodenkon struktion trotz Verwendung von Natrium und Zinn als Füllungssubstanzen der Elektrodenabbrand und der Flickerfaktor klein gehalten werden kann und die Lampeneigenschaften bei Drehung der Lampe um die Bogenachse unverändert bleiben. Die Elektroden sollten einen einfachen Aufbau aufweisen, kosten günstig herzustellen sein und Axialsymmetrie auf weisen.

Die Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Hoch druckentladungslampe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhaf te Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Messungen an solchen Elektroden haben gezeigt, daß diese sowohl bezüglich des Elektrodenabbrands als auch des Flickerfaktors optimale Eigenschaften besitzen, wenn der Durchmesser d in mm des Elektro denstifts der Formel

genügt, wobei i_L der Effektivwert des Lampenstroms in A ist.

Prinzipiell läßt sich durch einen noch kleineren Wert für den Stiftdurchmesser, wie er sich aus der oben aufgeführten Formel ergibt, der Flickerfaktor weiter verbessern, da dann die für den Faktor verantwortliche Wärmeableitung vom Elektrodenkopf in die Quetschung weiter reduziert wird. Praktisch bringt dies jedoch keine Vorteile, da dann die durch das genannte Füllungssystem verursachte Korrosion des dünnen Elektrodenstiftes am Übergang zur Quetschung zu einem vorzeitigen Ausfall der Lampe führt. Um die für diesen Lampentyp geforderte mittlere Lebensdauer von 6000 Std. zu erreichen, darf daher der in der obigen Formel unter der Wurzel stehende Wert um höchstens 0,02 verkleinert werden. Andererseits darf dieser Wert auch um höchstens 0,02 vergrößert werden, da sonst der Flickerfaktor die Störschwelle von 0,25% über steigt. Der zulässige Bereich für den Durchmesser des Elektrodenstiftes kann daher durch die Formel

eingegrenzt werden.

Der Elektrodenkopf muß eine im wesentlichen zylin drische oder kegelstumpfförmige Gestalt aufweisen und die Spitze des Elektrodenstiftes darf nicht über das dem Entladungsbogen zugewandte Ende des Elektrodenkopfes hinausgehen. Die Masse M des Elek trodenkopfes in mg, einschließlich des darin be findlichen Teils des Elektrodenstiftes, wird nach oben und unten durch die Formel M = i_L × (23 ±8) eingegrenzt, wobei i_L der Effektivwert des Lampen stroms in A ist. Die zulässige Elektrodenmasse wird dabei nach oben durch die Forderung eines Flicker faktors von 0,25% beschränkt. Andererseits darf auch die in der Formel angegebene Untergrenze nicht unterschritten werden, weil sonst der oben be schriebene Abbrandmechanismus die mittlere Lebens dauer unter die geforderten 6000 Std. absenkt.

Eine weitere Verbesserung des Flickerfaktors läßt sich erzielen, wenn die Spitze des Elektroden stiftes gegenüber dem dem Entladungsbogen zugewand ten Ende des Elektrodenkopfes um ein bis zwei Stiftdurchmesser zurückgesetzt ist, so daß sich an der Stirnseite des Kopfes im Zentrum eine kleine Mulde ergibt.

Die Herstellung der Elektrode gestaltet sich sehr einfach und kostengünstig, wenn der Elektrodenkopf aus einer oder mehrerer übereinandergewickelter Drahtwendeln gebildet wird. Als Draht wird vorteil haft BSD-Draht verwendet, ein Wolframdraht, dem zwecks einer günstigeren Verarbeitbarkeit geringe Mengen an Kalium beigegeben sind. Der Elektroden kopf kann aber auch aus einem Wolfram-Sinterkörper bestehen.

Die Erfindung ist an Hand der folgenden Ausfüh rungsbeispiele veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe mit zweiseitig gequetschtem Entladungsgefäß,

Fig. 2 zeigt eine Elektrode für eine Hochdruckent ladungslampe gemäß Fig. 1,

Fig. 3 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe mit einseitig gequetschtem Entladungsgefäß,

Fig. 4 zeigt eine Elektrode für eine Hochdruckent ladungslampe gemäß Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte 70 W-Hochdruckentla dungslampe 1 besteht aus einem zweiseitig ge quetschten Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, das von einem Außenkolben 3 umschlossen ist. Die Elektroden 4, 5 - schematisch dargestellt - sind mittels Folien 6, 7 gasdicht in das Entladungsgefäß 2 eingeschmolzen und über Stromzuführungen 8, 9, Dichtungsfolien 10, 11 des Außenkolbens 3 und über weitere kurze Stromzuführungen mit den elek trischen Anschlüssen der Keramiksockel (R7s) 12, 13 verbunden. In eine Quetschung des Entladungsgefäßes 2 ist zusätzlich - über ein Drahtstück - ein auf einem Metallplättchen aufgebrachtes Gettermaterial 14 potentialfrei eingeschmolzen. Die Enden 15, 16 des Entladungsgefäßes 2 sind mit einem wärmereflek tierenden Belag versehen. Als Füllung enthält das Entladungsgefäß 2 neben Quecksilber und einem Edelgas Metalljodide und -bromide von Natrium, Zinn, Thallium, Indium und Lithium. Die Lampe 1 - mit einer Leistungsaufnahme von 70 W - weist bei einem Nennstrom (Effektivwert) von 0,9 A eine Lichtausbeute von 70 lm/W auf.

Fig. 2 zeigt eine Elektrode 4, 5, wie sie in der Hochdruckentladungslampe 1 gemäß Fig. 1 eingebaut ist. Die Elektrode 4, 5 besteht aus einem Elektro denstift 17 mit 7,2 mm Länge und einem Durchmesser von 0,25 mm, der über die Dichtungsfolien 6, 7 gasdicht in die Quetschung 18 eingeschmolzen ist. Der Elektrodenkopf 19 wird aus einer Doppellagen wendel gebildet, wobei die innere Wendel 20 aus sechs dicht gewickelten Windungen und die äußere Wendel 21 aus vier dicht gewickelten Windungen eines Drahtes mit einem Durchmesser von 0,2 mm besteht. Der aus der Doppellagenwendel gebildete Elektrodenkopf 19 steht 0,5 mm über das freie Ende des Elektrodenstiftes 17 hinaus. Sowohl der Elek trodenkopf als auch der Elektrodenstift bestehen aus BSD-Draht. Der Elektrodenkopf enthält kein Emittermaterial.

In Fig. 3 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen 35 W-Hochdruckentladungslampe 22 mit einseitig gequetschtem Entladungsgefäß 23 aus Quarzglas dargestellt, wobei letzteres von einem Außenkolben 24 gasdicht umgeben ist. Die Elektroden 25, 26 - schematisch dargestellt - sind über Folien 27, 28 in das Entladungsgefäß 23 eingeschmolzen und über Stromzuführungen 29, 30, Dichtungsfolien 31, 32 des Außenkolbens 24 und über weitere kurze Stromzu führungen mit den elektrischen Anschlußstiften 33, 34 des Keramiksockels (G 12) 35 verbunden. An der Quetschung 36 des Entladungsgefäßes 23 ist außerdem ein Gettermaterial 37 auf einem Metallplättchen - über ein Drahtstück - potentialfrei befestigt. Die Füllungselemente dieser Lampe 22 entsprechen denen der oben aufgeführten 70 W-Hochdruckentla dungslampe 1. Die 35 W-Hochdruckentladungslampe 22 besitzt bei einem Nennstrom (Effektivwert) von 0,5 A eine Lichtausbeute von 57 lm/W.

Fig. 4 zeigt eine Elektrode 25 der Hochdruckentla dungslampe 22 gemäß Fig. 3. Die Elektrode 25 besteht aus einem Elektrodenstift 38, dessen eines Ende über die Dichtungsfolie 27 gasdicht in die Quetschung 36 eingeschmolzen ist. Das andere Ende des Stiftes 38 ist im rechten Winkel zum übrigen Stift umgebogen, damit der an diesem Ende befe stigte Elektrodenkopf 39 in Richtung des Entla dungsbogens weist. Auch dieser Elektrodenkopf 39 besteht aus einer Doppellagenwendel, wobei die innere Wendel 40 aus sechs dicht gewickelten Win dungen und die äußere Wendel 41 aus vier dicht gewickelten Windungen besteht. Der Elektrodenkopf 39 steht etwas über das freie Ende des Elektroden stiftes 38 hinaus. Auch diese Elektrode besteht aus BSD-Draht und enthält kein Emittermaterial.

Claims

1. Hochdruckentladungslampe (1, 22) mit einer Leistung kleiner gleich 400 W, deren Entladungsge fäß (2, 23) eine Füllung aus Quecksilber, Metallha logeniden, insbesondere von Natrium und Zinn, sowie zumindest ein Edelgas enthält und in das über Dichtungsfolien (6, 7; 27, 28) zwei Elektroden (4, 5; 25, 26) gasdicht eingeschmolzen sind, wobei jede Elektrode (4, 5; 25, 26) aus einem Elektrodenstift (17; 38) und einem darauf befestigten Elektroden kopf (19, 39) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode (4, 5; 25, 26) folgende Merkmale aufweist:

- der Elektrodenkopf (19, 39) besitzt eine im wesentlichen zylindrische oder kegelstumpfförmige Außenkontur
- die den Elektrodenkopf (19, 39) tragende Spitze des Elektrodenstiftes (17, 38) reicht höchstens bis zu dem dem Entladungsbogen zugewandten Ende des Elektrodenkopfes (19, 39)
- der Elektrodenstift (17, 38) besitzt einen Durch messer d in mm, dessen maximal und minimal zuläs siger Wert gemäß der Formel bestimmt wird, wobei i_L der Effektivwert des Lampenstroms in A ist
- der Elektrodenkopf (19, 39), einschließlich des darin befindlichen Teils des Elektrodenstiftes (17, 38), besitzt eine Masse M in mg, deren maximal und minimal zulässiger Wert durch die Formel M = i_L × (23 ±8) bestimmt wird, wobei i_L der Effektivwert des Lampenstroms in A ist.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die den Elektrodenkopf (19, 39) tragende Spitze des Elektrodenstiftes (17, 38) gegenüber dem dem Entladungsbogen zuge wandten Ende des Elektrodenkopfes (19, 39) etwas zurückgesetzt ist.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkopf (19, 39) aus einer oder mehreren Lagen von übereinander gewickelten Drahtwendeln besteht.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenstift (17, 38) und die Drahtwendeln des Elektrodenkopfes (19, 39) aus Wolfram bestehen, das geringe Beimen gungen an Kalium (BSD-Draht) enthält.

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Elektrodenkopf aus einem Sinterkörper aus reinem Wolfram besteht.