DE60311670T2 - Quecksilberfreie metallhalogenidlampe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Hg-freie Halogenmetalldampflampe, die ein nahezu zylindrisches Entladungsgefäß mit einer Keramikwandung umfasst, das einen Innendurchmesser Di, eine Innenlänge Li und eine Wanddicke Wt hat und mit einer ionisierbaren Füllung gefüllt ist, wobei zum Aufrechterhalten einer Entladung in dem Entladungsgefäß zwei Elektroden mit einem gegenseitigen Abstand EA vorhanden sind, wobei die Füllung ein Inertgas und ein Metallhalogenid umfasst.
• Quecksilberfreie Halogenmetalldampflampen für Automobilanwendungen sind aus US-A-2002/0070668 bekannt.
• Viele derzeit verwendete Füllungen von Automobilscheinwerfer-Entladungslampen enthalten Quecksilber (Hg). Da Quecksilber als sehr umweltschädlich bekannt ist, sind viele Bemühungen unternommen worden, eine quecksilberfreie Halogenmetalldampflampe zu entwickeln, aber es sind keine befriedigenden Ergebnisse erhalten worden. Quecksilber in diesen Lampen wurde hauptsächlich zur Erhöhung der elektrischen Feldstärke verwendet, wodurch als eine Folge der Lampenstrom auf einem niedrigen Pegel gehalten werden kann und das elektronische Vorschaltgerät daher einfach und preiswert sein kann. Ein geeigneter und zufriedenstellender Ersatz für Quecksilber ist bisher noch nicht gefunden worden. Für Zwecke der Allgemeinbeleuchtung ist eine Lösung bekannt, bei der Quecksilber durch Zn oder ZnI ersetzt wird, aber diese Lösung ist nicht für die kleine Automobillampen geeignet, in denen der Elektrodenabstand EA ungefähr 3–5 mm beträgt und die gewöhnlich eine Leistung zwischen 20 und 35 W haben.
• Die Erfindung hat zur Aufgabe, geeignete, effiziente und zuverlässige quecksilberfreie Halogenmetalldampflampe zum Zweck von Automobilscheinwerfern zu schaffen.
• Nach extensivem Entwickeln und Testen ist eine Kombination von Maßen gefunden worden, die zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Gemäß der Erfindung ist die Innenlänge Li des Entladungsgefäßes kleiner als 8 mm, müssen der Elektrodenabstand EA und der Innendurchmesser Di die Beziehung EA/Di > 2 erfüllen, sollte der Inertgasdruck PXe bei Raumtemperatur zumindest 5 bar betragen und müssen die Wanddicke Wt und der Innendurchmesser Di die Beziehung Wt/Di > 0,15 erfüllen. Es zeigte sich, dass die Funktion von Quecksilber in der Lampe zumindest teilweise durch den hohen Druck des Inertgases, vorzugsweise Xenon, sowie einen äußerst kleinen Gefäßdurchmesser übernommen werden kann. Das Entladungsgefäß muss möglichst kurz sein, um eine genügend hohe Temperatur der kältesten Stelle zu erhalten. Hierdurch kann eine genügend hohe Lampenspannung von ungefähr 40–90 V erhalten werden. Die Wandung des Gefäßes muss genügend dick sein, um Überhitzung der Wandung zu verhindern und um große Temperaturgradienten in der Wandung zu verhindern, was beides Zerspringen, Kriechen oder sogar Schmelzen des Gefäßes verursachen kann.
• Vorzugsweise beträgt die Länge der zylindrischen Außenfläche des Entladungsgefäßes Lo zumindest 8 mm, vorzugsweise zumindest 9 mm, bevorzugter zumindest 9,5 mm. Hierdurch wird eine ausreichende Wärmeabfuhr des Gefäßes erreicht.
• Für die Lichtausbeute umfasst das Metallhalogenid vorzugsweise zumindest 40 μmol/cm³ eines Seltenerdiodids, wie z.B. NaPrI. Auch umfasst das Metallhalogenid vorzugsweise zwischen 20 μmol/cm³ und 140 μmol/cm³ ZnI₂.
• Vorzugsweise ist Li < 7,5 mm, bevorzugter Li < 6,8 mm, am meisten bevorzugt Li < 6,2 mm. Vorzugsweise ist EA/Di > 3, bevorzugter EA/Di > 4. In der Praxis wird EA/Di gewöhnlich kleiner als 8 sein, noch üblicher kleiner als 6. Vorzugsweise ist Wt/Di > 0,20, bevorzugter Wt/Di > 0,25, am meisten bevorzugt Wt/Di > 0,3. Vorzugsweise ist PXe > 10 bar, bevorzugter PXe > 15 bar. In der Praxis wird Pxe gewöhnlich nicht größer als 25 bar sein.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Entladungsgefäß von einem transparenten, nahezu zylindrischen, gasgefüllten Außenkolben umgeben, dessen Wandung sich bei einem Abstand befindet, der kleiner als 1 mm ist, vorzugsweise kleiner als 0,5 mm, um die Wärmeabfuhr sowie die Wärmeverteilung und Homogenisierung innerhalb der Wandung des Entladungsgefäßes weiter zu verbessern. Auch ist bei einer bevorzugten Ausführungsform das Entladungsgefäß mit beschichteten Gebieten versehen, um die Temperatur der kältesten Stelle zu erhöhen.
• Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lampe ist in der Zeichnung (nicht maßstabsgetreu) dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 schematisch eine erfindungsgemäße Lampe und
• 2 das Entladungsgefäß der Lampe von 1 im Detail.
• 1 zeigt eine mit einem Entladungsgefäß 3 versehene Halogenmetalldampflampe. Das Entladungsgefäß 3 ist in 2 mehr im Einzelnen dargestellt, mit einer Keramikwandung 31, die einen Entladungsraum 11 umschließt, der Xe und eine ionisierbare Füllung enthält. Zwei Elektroden mit Spitzen 4a, 5a, die einen Zwischenraum EA haben, sind in dem Entladungsgefäß 3 angeordnet, das zumindest am Ort des Zwischenraums EA einen Innendurchmesser Di hat.
• Das Entladungsgefäß ist an beiden Enden mit einem jeweiligen hervorstehenden Keramikstopfen 34, 35 verschlossen, der mit geringem Zwischenraum einen in dem Entladungsgefäß angeordneten jeweiligen zu der Elektrode 4, 5 führenden Stromdurchführleiter 40, 50 umschließt. Das Entladungsgefäß ist von einem Außenkolben 1 umgeben. Ein Teil des hervorstehenden Keramikstopfens 34, 35 und ein angrenzender Abschnitt des Keramik-Entladungsgefäßes 3 sind mit einer Außenbeschichtung 41, 51 versehen. Die Lampe ist weiterhin mit einem Lampensockel 2 versehen. Zwischen den Elektroden 4 und 5 verläuft im Betriebszustand der Lampe eine Entladung. Die Elektrode 4 ist über einen Stromleiter 8 mit einem ersten elektrischen Kontakt verbunden, der Teil des Lampensockels 2 ist. Die Elektrode 5 ist über Stromleiter 9 und 19 mit einem zweiten elektrischen Kontakt verbunden, der Teil des Lampensockels 2 ist. Der Stromleiter 19 ist von einer Keramikröhre 110 umgeben.
• Die ionisierbare Füllung des Entladungsgefäßes 3 der Lampe umfasst 0,6 mg NaPrI und 0,1–0,2 mg ZnI₂. Die Füllung umfasst weiterhin Xe mit einem Fülldruck bei Raumtemperatur von 16 bar.
• Der Abstand zwischen den Elektrodenspitzen EA beträgt 5 mm, der Innendurchmesser Di ist 1,2 mm, sodass das Verhältnis EA/Di = 4,17 ist. Die Wanddicke Wt des Entladungsgefäßes 3 ist 0,4 mm. Die Innenlänge des Entladungsgefäßes 3 Li ist 6,0 mm, die Außenlänge Lo ist 10 mm. Die Gesamtlänge des Entladungsgefäßes 3 und der Stopfen 34, 35 ist 24,0 mm. Der Durchmesser der Stromdurchführleiter 40, 50 ist 0,54 mm.
• Ein Teil des hervorstehenden Keramikstopfens 34, 35 und ein angrenzender Abschnitt des Keramik-Entladungsgefäßes 3 sind mit einer Außenbeschichtung aus Pt versehen. Die Außenbeschichtung erstreckt sich bis zu 0,25 mm von der betreffenden Elektrodenspitze. Der Außenkolben 1 der Lampe ist aus Quarzglas hergestellt. Der Innendurchmesser des Außenkolbens 1 ist 3 mm, seine Wanddicke ist 2 mm. Der Außenkolben 1 ist mit N₂ gefüllt, mit einem Fülldruck von 1,5 bar bei Raumtemperatur.
• Die Lampe hat eine Leistung von 30 W und eine Leuchtdichte von 78 Mcd/m². Die maximale Wandtemperatur beträgt ungefähr 1700 K. Der Temperaturgradient von der oberen Mitte bis zur unteren Mitte in einem horizontal brennenden Entladungsgefäß ist kleiner als 150 K.

Claims (10)

1. Hg-freie Halogenmetalldampflampe, die ein nahezu zylindrisches Entladungsgefäß mit einer Keramikwandung umfasst, das einen Innendurchmesser Di, eine Innenlänge Li und eine Wanddicke Wt hat und mit einer ionisierbaren Füllung gefüllt ist, wobei zum Aufrechterhalten einer Entladung in dem Entladungsgefäß zwei Elektroden mit einem gegenseitigen Abstand EA vorhanden sind, wobei die Füllung ein Inertgas und ein Metallhalogenid umfasst, wobei die Innenlänge Li kleiner als 8 mm ist, wobei der Elektrodenabstand EA und der Innendurchmesser Di die Beziehung EA/Di > 2 erfüllen, wobei der Inertgasdruck PXe bei Raumtemperatur zumindest 5 bar beträgt, und wobei die Wanddicke Wt und der Innendurchmesser Di die Beziehung Wt/Di > 0,15 erfüllen.
2. Lampe nach Anspruch 1, wobei die Länge der zylindrischen Außenfläche des Entladungsgefäßes Lo zumindest 8 mm, vorzugsweise zumindest 9 mm beträgt.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metallhalogenid zumindest 40 μmol/cm³ eines Seltenerdiodid umfasst.
4. Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Metallhalogenid zwischen 20 μmol/cm³ und 140 μmol/cm³ ZnI₂ umfasst.
5. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–4, wobei Li < 7,5 mm, vorzugsweise Li < 6,8 mm, bevorzugter Li < 6,2 mm ist.
6. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–5, wobei EA/Di > 3, vorzugsweise EA/Di > 4 ist.
7. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–6, wobei PXe > 10 bar, vorzugsweise PXe > 15 bar ist.
8. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–7, wobei Wt/Di > 0,2, vorzugsweise Wt/Di > 0,25, bevorzugter Wt/Di > 0,3 ist.
9. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–8, wobei das Entladungsgefäß von einem transparenten, nahezu zylindrischen, gasgefüllten Außenkolben umgeben ist, dessen Wandung sich bei einem Abstand befindet, der kleiner als 1 mm ist, vorzugsweise kleiner als 0,5 mm.
10. Lampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–9, wobei das Entladungsgefäß mit beschichteten Gebieten versehen ist, um die Temperatur der kältesten Stelle zu erhöhen.