EP0245735B1

EP0245735B1 - Hochdruckentladungslampe und Verfahren zum Betrieb der Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: EP0245735B1
Application number: EP87106403A
Authority: EP
Inventors: Jürgen Dr. Heider; Jürgen Dr. vom Scheidt
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1987-05-04
Publication date: 1993-02-10
Anticipated expiration: 2007-05-04
Also published as: EP0245735A3; JPS62272451A; US4779026A; DE3784094D1; EP0245735A2; DE3616192A1

Description

Es ist eine Metallhalogenidhochdruckentladungslampe bekannt (US-A- 3 519 872), bei der in Serie zur Hauptelektrode eine feine Heizwendel aus Wolfram angeordnet ist, wobei die jeweils freien Enden der Elektrode und der Heizwendel mit je einer Stromzuführung verbunden sind, die elektrisch-isoliert voneinander durch eine Quetschung oder Einschmelzung eines Entladungsgefäßes geführt sind. Mit einer derartigen Anordnung wird eine Verbesserung der Zündeigenschaften der Lampe erreicht, indem die von der Heizwendel entwickelte Wärme die Elektrode erwärmt, wodurch Füllungskondensate, die sich möglicherweise auf der Elektrode niedergesetzt haben, verdampfen. Die feine Heizwendel ist bei Lampen mit höherer Leistung jedoch nicht imstande, das gesamte Entladungsgefäß zu erwärmen, so daß sich außer der Zünderleichterung und der infolgedessen schnelleren Stabilisierung der Entladung keine weiteren Vorteile erzielen lassen.
Ferner ist in der US-A- 3 356 884 eine Metallhalogenidhochdruckentladungslampe offenbart, die zwei Heizelektroden mit je zwei Stromzuführungen besitzt, die mit jeweils einer separaten Dichtungsfolie verbunden sind.
Die jeweilige Heizelektrode selbst besteht aus einer einfach gewendelten, U-förmig gebogenen Elektrodenwendel mit einem kleinen integrierten, doppelt gewendelten Bereich, wobei die Elektrodenwendel einen Elektronenemitter enthält. Diese Heizelektrode dient zur Verringerung der Zündspannung der Entladungslampe.
Aus der US-A- 3 937 996 ist eine relativ hochwattige (400 W) Metallhalogenidhochdruckentladungslampe bekannt, bei der das Entladungsgefäß von einem Außenkolben umschlossen wird. Die Elektroden dieser Lampe sind schlaufenartig ausgebildet, wobei die beiden Enden dieser Schlaufen an einer einzigen Dichtungsfolie mit nur einer Stromzuführung befestigt sind. Damit sind diese Elektroden nicht durch eine von außen angelegte Spannung heizbar.
In der EP-A- 0 175 937 ist eine Zündvorrichtung für eine niederwattige (35 Watt) Natriumhochdruckentladungslampe beschrieben. Diese Zündvorrichtung besteht aus einem schraubenlinienförmig um das zylindrische Entladungsgefäß gewundenen Draht, der durch einen Bimetallschalter mit einer Stromzuführung elektrisch leitend verbunden ist. Dieser helixartige Draht dient als Zündhilfe.
Aus der EP-A- 0 017 281 ist eine Metallhalogenidhochdruckentladungslampe mit U- oder V-förmig ausgebildeten Elektrodenwendeln bekannt. Diese Elektroden können nicht durch einen Heizstrom vorgeheizt werden, da jeweils beide Schenkel einer U-förmigen Elektrode mit derselben Stromzuführung verbunden sind. Ein Aufheizen der Elektroden ist nur mit Hilfe des Entladungsbogens zwischen den beiden Elektroden möglich.
Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anlaufzeit von Metallhalogenidhochdruckentladungslampen mit insbesondere kleinen Leistungen bis zum Erreichen des Nutzlichtstromes wesentlich zu verkürzen.
Metallhalogenidhochdruckentladungslampen werden in letzter Zeit vermehrt zum Zwecke der Allgemeinbeleuchtung verwendet. Des weiteren wurden solche Lampen auch schon für die Scheinwerfer von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen. Für beide Anwendungszwecke werden kleine Leistungsstufen von weniger als 50 W eingesetzt. Außerdem besteht für beide Anwendungszwecke ein gesteigertes Bedürfnis nach hohem Lichtkomfort hinsichtlich der Farbeigenschaften sowie des schnellen Anlaufs solcher Lampen. Da das Entladungsgefäß dieser niederwattigen Lampen nur ein äußerst kleines Volumen von ca. 0,03 cm³ aufweist, kann dort keine Heizwendel untergebracht werden, wie es bei Lampen mit hoher Leistungsaufnahme durchgeführt wird. Mit einer Gestaltung der Elektrode nach der Erfindung wird jedoch ein schneller Anlauf solcher Lampen möglich. Die Verwendung eines haarnadelförmig gebogenen und ungewendelten Drahtes aus Wolfram benötigt kaum mehr Raum als eine herkömmliche Elektrode für diese Art Lampen. Die Einschmelzung ist groß genug, auch zwei Stromzuführungen isoliert voneinander aufzunehmen, wobei während des Vorheizens durch die mit der Elektrode in Reihe geschalteten Stromzuführungen der Heizstrom fließt und nach dem Zünden der Lampe beide Stromzuführungen parallelgeschaltet werden und den Betriebsstrom übertragen. Mit einer auf diese Weise vorgeheizten Metallhalogenidhochdruckentladungslampe wird der 30 %-Lichtstrom ca. 5mal, der 50 %-Lichtstrom ca. 4mal und der 90 %-Lichtstrom ca. 2,5mal schneller erreicht als bei einer kalt gezündeten Lampe. Wenn beide Elektroden der Hochdruckentladungslampe als Heizelektroden entsprechend der Erfindung ausgeführt sind, lassen sich noch schnellere Anlaufwerte verwirklichen. Es kann aber auch ein Entladungsgefäß mit einer größeren Masse und damit einer entsprechend größeren elektrischen Leistung verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer schematischen Zeichnung und zwei Diagrammen näher erläutert.

Figur 1: zeigt eine Metallhalogenidhochdruckentladungslampe niedriger Leistung mit der erfindungsgemäßen Elektrode in schematischer Darstellung
Figur 2: zeigt den Anstieg des Lichtstromes in relativen Einheiten von einer kalt gezündeten Metallhalogenidhochdruckentladungslampe
Figur 3: zeigt den Anstieg des Lichtstroms in relativen Einheiten von einer erfindungsgemäßen, warm gezündeten Metallhalogenidhochdruckentladungslampe

Der Entladungsraum 8 weist ein Volumen von ca. 0,03 cm³ auf. Der Bogen der haarnadelförmigen Heizelektrode 16 ragt etwa 2,5 mm in den Entladungsraum 8 hinein. Die Heizelektrode 16 selbst besteht aus einem ungewendelten Draht aus Wolfram mit ca. 150 µm Durchmesser. Der Abstand zwischen den Elektroden 9 und 16 beträgt ca. 4,5 mm. Das Entladungsgefäß 2 enthält als Füllung ca. 1 mg Quecksilber sowie die Halogenide von Natrium, Thallium und Zinn mit einer Gesamtmenge von ca. 0,3 mg. Als Startgas wird Argon eingefüllt. Der Betriebsdruck der Lampe liegt bei ca. 40 bar.
Die Heizelektrode 16 wird über die Stromzuführungen 12 und 13 bei einer Spannung von ca. 2,8 V und einem Strom von ca. 5,5 A im nicht brennenden Zustand der Lampe beheizt, so daß das Entladungsgefäß 2 ständig auf Temperatur gehalten wird und die Füllungsbestandteile verdampft sind. Zur Zündung der Lampe 1 werden ca. 16 kV benötigt, die der kugelförmigen Elektrode 9 über die Stromzuführung 6 zugeführt werden. Nach erfolgter Lampenzündung wird der Heizstromkreis für die haarnadelförmige Elektrode 16 unterbrochen. Der Betriebsstrom von ca. 0,35 A wird jetzt über die parallelgeschalteten Stromzuführungen 12 und 13 geleitet. Bei einer Brennsprannung von ca. 100 V hat die Lampe eine elektrische Leistung von ca. 35 W.
In den Figuren 2 und 3 ist ein Vergleich der Anlaufgeschwindigkeit einer konventionell (Fig. 2) und einer erfindungsgemäß (Fig. 3) betriebenen Metallhalogenidhochdruckentladungslampe wiedergegeben. Den Diagrammen ist entnehmbar, daß die vorgeheizte Lampe schon nach ca. 2,3 Sekunden 30 % (entspricht dem Lichtstrom φ von ca. 1000 lm einer konventionellen H4-Glühlampe), nach ca. 3,7 Sekunden 50 % und nach 11,9 Sekunden 90% ihres Endlichtstromes von ca. 2 650 lm erreicht hat. Zum Vergleich die Werte einer unbeheizten Lampe: 30 % Lichtstrom bei ca. 11,8 Sekunden, 50 % bei ca. 14,6 Sekunden und 90 % bei ca. 28,7 Sekunden. Die Farbtemperatur der Lampe mit der angegebenen Füllung beträgt ca. 3 600 K.

Claims

Metallhalogenidhochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme kleiner als 50 W, bestehend aus einem Entladungsgefäß (2), zwei an diesem an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Quetschungen oder Einschmelzungen (3, 4), durch die Stromzuführungen (6; 12, 13) gasdicht in das Entladungsgefäß (2) geführt sind, und zwei innerhalb des Entladungsgefäßes (2) angeordneten und mit den Stromzuführungen (7; 14, 15) verbundenen Elektroden (9, 16), wobei mindestens eine Elektrode als direkte Heizelektrode (16) mit zwei als Stromzuführungen (14, 15) dienenden Schenkeln ausgebildet ist, die Heizelektrode (16) zur Vorheizung des Entladungsgefäßes mittels einer von außen an die beiden Stromzuführungen (14, 15) der Heizelektrode angelegten Heizspannung vor dem Zünden der Lampe aus einem ungewendelten Wolframdraht ohne gewendelte Elektrodenteile besteht und eine haarnadelförmige Gestalt aufweist, und jeder Schenkel (14, 15) der Heizelektrode (16) über Dichtungsfolien (10, 11) mit je einer separaten Stromzuführung (12, 13) verbunden ist, die elektrisch voneinander isoliert durch eine Quetschung oder Einschmelzung (4) geführt sind.
Metallhalogenidhochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden der Lampe (1) jeweils als Heizelektrode (16) mit zwei als Stomzuführungen (14, 15) dienenden Schenkeln zur Vorheizung des Entladungsgefäßes mittels einer von außen an die beiden Stromzuführungen (14, 15) der Heizelektrode angelegten Heizspannung vor dem Zünden der Lampe und mit haarnadelförmiger Gestalt ausgebildet sind und aus einem ungewendelten Wolframdraht bestehen.
Verfahren zum Betrieb einer Metallhalogenidhochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
a) zur Vorheizung des Entladungsgefäßes (2) vor dem Zünden der Lampe zwischen den Stromzuführungen (12, 13), die über jeweils eine Dichtungsfolie (10, 11) mit den Schenkeln (14, 15) der Heizelektrode (16) elektrisch leitend verbunden sind, eine Heizspannung anliegt;

b) zur Lampenzündung eine Hochspannung an der Stromzuführung (6), die elektrisch leitend mit der der Heizelektrode (16) gegenüberliegenden Elektrode (9) verbunden ist, anliegt;

c) während des Lampenbetriebes die Stromzuführungen (12, 13), die mit der Heizelektrode (16) elektrisch leitend verbunden sind, zueinander parallel geschaltet sind und wobei zwischen diesen Stromzuführungen (12, 13) und der Stromzuführung (6), die mit der der Heizelektrode (16) gegenüberliegenden Elektrode (9) elektrisch leitend verbunden ist, die Lampenbrennspannung anliegt.