EP1659619A2 - Hochdruckentladungslampe - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a high-pressure discharge lamp according to the preamble of patent claim 1.
- Such a high-pressure discharge lamp is disclosed, for example, in the published patent application EP 0 374 676 A2.
- This document describes a high-pressure discharge lamp for a vehicle headlight with a quartz glass discharge vessel and an ionizable filling comprising metal halides and xenon.
- the high-pressure discharge lamp according to the invention for vehicle headlights has a discharge vessel with electrodes arranged therein for generating a gas discharge, wherein in the middle section of the discharge vessel, which is bounded by two perpendicular to the connecting path of the discharge-side ends of the electrodes, each extending through the discharge end of one of the electrodes planes is limited in that the volume filled by the material of the discharge vessel is greater than or equal to 95 mm 3 .
- FIG. 4 illustrates the relative luminous flux for a plurality of high-pressure discharge lamps with different volumes filled by the discharge vessel material in the middle section defined above.
- the volume filled in the center portion of the discharge vessel material or the vessel wall volume of the middle portion of the discharge vessel in the unit of mm 3 plotted, while on the vertical axis the relative luminous flux in percent.
- the luminous flux of the respective high-pressure discharge lamp was measured after 12.5 operating hours and after aging of the high-pressure discharge lamps in accordance with ECE Rule 99 after 1000 operating hours. After 1000 hours of operation, the luminous flux of the high-pressure discharge lamps is only a certain percentage of their initial luminous flux measured after 12.5 operating hours. It can be seen in FIG. 4 that high-pressure discharge lamps with a larger volume filled by the discharge vessel material and under otherwise identical conditions in the center section defined above still have a higher relative luminous flux after 1000 operating hours. The high-pressure discharge lamps according to the invention still have at least 70 percent of their initial luminous flux after 1000 operating hours.
- the criterion for assessing the life expectancy of the high-pressure discharge lamps is the residual luminous flux of the high-pressure discharge lamps remaining after 1000 operating hours. High-pressure discharge lamps with a residual luminous flux below 70 percent of their initial luminous flux have too little life expectancy.
- the temperature at the hottest point of the discharge vessel is determined by the volume for several mercury-free halogens arranged in the center section of the discharge vessel and filled by the discharge vessel material.
- Metal vapor high pressure discharge lamps during lamp operation shown. In the lamps according to the invention the temperature is a maximum of 855 degrees Celsius.
- FIG. 5 shows that high-pressure discharge lamps having a larger volume filled by the discharge vessel material have a lower temperature at the top side of the discharge vessel in the center section defined above and under otherwise identical conditions. Due to the horizontal operation of the lamp, that is to say with electrodes arranged in a horizontal plane, the hottest point of the discharge vessel is at its upper side.
- the illustrations of FIGS. 4 and 5 ensure a longer service life for the high-pressure discharge lamps according to the invention due to the comparatively high relative luminous flux and the reduced thermal load of the discharge vessel.
- the invention is particularly advantageous for mercury-free metal halide high-pressure discharge lamps, that is, for high-pressure discharge lamps whose ionizable filling consists of metal halides and xenon and contains no mercury, because in this type of lamp the decrease of the relative luminous flux with the operating time is particularly strong.
- the invention can also be advantageously applied to the conventional mercury-containing metal halide high-pressure discharge lamps, as illustrated in FIG. FIG. 6 shows, for two mercury-containing metal halide high-pressure discharge lamps, the relative luminous flux after 1000 operating hours above the volume arranged in the center section of the discharge vessel and filled by the discharge vessel material.
- the mercury-containing metal halide high-pressure discharge lamp according to the invention still has 90 percent of its initial luminous flux after 1000 operating hours.
- the discharge vessel of the high-pressure discharge lamps according to the invention is preferably made of quartz glass, that is, the proportion by weight of silicon dioxide in the material of the discharge vessel is at least 99 percent by weight. Quartz glass withstands the high operating temperature, the high pressure and the chemical attack of the ionizable filling. Compared to a translucent ceramic, which also offers the aforementioned advantages, quartz glass has the advantage that in discharge vessels made of quartz glass, the sealing of the current feedthroughs is easier to implement.
- FIG. 3 schematically shows a high-pressure discharge lamp according to the preferred exemplary embodiment of the invention. It is a high-pressure metal halide high-pressure discharge lamp with a rated power of 35 watts. This lamp is intended for use in a vehicle headlight. It has a two-sided sealed discharge vessel 10 made of quartz glass, whose interior 107 has a volume of 22.5 mm 3 , and in which an ionizable filling enclosed in a gastight manner. In the middle section 106 of the discharge vessel 10, the inner contour of the discharge vessel 10 is formed circular cylindrical and its outer contour substantially corresponds to that of a circular barrel body, that is, the outer contour is generated by rotation of a circular arc around the discharge vessel axis.
- the inner diameter of the center portion 106 is 2.6 mm and its largest outer diameter is 6.3 mm.
- the two ends 101, 102 of the discharge vessel 10 are each sealed by means of a molybdenum foil sealing 103, 104.
- In the interior 107 of the discharge vessel 10 there are two electrodes 11, 12, between which forms during the lamp operation responsible for the light emission discharge arc.
- the electrodes 11, 12 are made of tungsten and extend in the discharge vessel axis. Their thickness or their diameter is 0.30 mm. The distance between the electrodes 11, 12 is 4.2 mm.
- the electrodes 11, 12 are in each case electrically conductively connected to one of the molybdenum foil melts 103, 104 and via the base-remote power supply 13 or via the socket-side current return 14 to an electrical connection of the lamp base 15 which consists essentially of plastic.
- the discharge vessel 10 is enveloped by a glass outer bulb 16.
- the outer bulb 16 has an extension 161 anchored in the base 15.
- the discharge vessel 10 has a tube-like extension 105 made of quartz glass on the base side, in which the base-side current supply 14 extends.
- an ignition device may be arranged with an ignition transformer.
- FIG. 3 schematically shows the discharge vessel 10 of this high-pressure discharge lamp.
- the center section 106 of the discharge vessel 10 is delimited by two planes E1, E2, which are both arranged perpendicular to the discharge vessel axis.
- the plane E1 extends through the discharge-side end of the electrode 11 and the plane E2 extends through the discharge-side end of the electrode 12.
- the planes E1, E2 are therefore arranged at a distance from the two electrodes 11, 12.
- the center section 106 of the discharge vessel 10 is between the two planes E1. E2 arranged.
- the volume filled by the quartz glass of the vessel wall of the central portion 106 is 99.1 mm 3 .
- the cross-sectional area of the discharge vessel wall oriented perpendicular to the discharge vessel axis is 25,9 mm 2 .
- the cross-sectional area of the discharge vessel wall oriented perpendicular to the discharge vessel axis is 19.0 mm 2 .
- the largest value of the wall thickness of the middle section 106, which is assumed to be in the middle, is 1.85 mm and the smallest value assumed at the two edges at planes E1, E2. is 1.48 mm.
- the ionizable filling of the high-pressure discharge lamps according to the invention consists of xenon, the halides, preferably iodides, the metals sodium and scandium and optionally the halides of other metals. such as zinc and indium.
- the ionizable filling of the mercury-containing high-pressure discharge lamps according to the invention additionally contains mercury in addition to the abovementioned components.
- the geometry of the discharge vessel may deviate from the geometry depicted in FIG. 1 or 3.
- the geometry of the discharge vessel can be chosen arbitrarily.
- the outer contour of the discharge vessel may be spherical, ellipsoidal or cylindrical.
- the inner contour of the discharge vessel may have the same geometry as the outer contour, that is to say also be spherical, ellipsoidal or cylindrical, or else have a different geometry, for example a circular-cylindrical one.
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- Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
- Discharge Lamp (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
- Eine derartige Hochdruckentladungslampe ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift EP 0 374 676 A2 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Hochdruckentladungslampe für einen Fahrzeugscheinwerfer mit einem Entladungsefäß aus Quarzglas und einer ionisierbaren Füllung die Metallhalogenide und Xenon umfasst.
- Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Hochdruckentladungslampe mit erhöhten Lebensdauer bereitzustellen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
- Die erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe für Fahrzeugscheinwerfer weist ein Entladungsgefäß mit darin angeordneten Elektroden zum Erzeugen einer Gasentladung auf, wobei in dem Mittenabschnitt des Entladungsgefäßes, der durch zwei senkrecht zur Verbindungsstrecke der entladungsseitigen Enden der Elektroden angeordnete, jeweils durch das entladungsseitige Ende einer der Elektroden verlaufende Ebenen begrenzt ist, das von dem Material des Entladungsgefäßes ausgefüllte Volumen größer oder gleich 95 mm3 ist.
- Bei Hochdruckentladungslampen für Fahrzeugscheinwerfer, die üblicherweise eine Nennleistung kleiner als 50 Watt aufweisen, ist das Volumen des Entladungsgefä-ßinnenraumes typischerweise kleiner oder gleich 30 mm3. Das in dem oben definierten Mittenabschnitt von dem Entladungsgefäßmaterial ausgefüllte Volumen ist bei den erfindungsgemäßen Lampen damit mehr als dreimal so groß wie der Innenraum des Entladungsgefäßes. In der Figur 4 ist für mehrere Hochdruckentladungslampen mit unterschiedlichen, von dem Entladungsgefäßmaterial ausgefüllten Volumina in dem oben definierten Mittenabschnitt der relative Lichtstrom dargestellt. Auf der horizontalen Achse ist bei der Figur 4 das in dem Mittenabschnitt vom Entladungsgefäßmaterial ausgefüllte Volumen bzw. das Gefäßwandvolumen des Mittenabschnitts des Entladungsgefäßes in der Einheit mm3 abgetragen, während auf der vertikalen Achse der relative Lichtstrom in Prozent abgetragen ist. Zur Bestimmung des relativen Lichtstroms wurde der Lichtstrom der jeweiligen Hochdruckentladungslampe nach 12,5 Betriebsstunden und nach Alterung der Hochdruckentladungslampen gemäß der ECE-Regel 99 nach 1000 Betriebsstunden gemessen. Nach 1000 Betriebsstunden beträgt der Lichtstrom der Hochdruckentladungslampen nur noch einen gewissen Prozentsatz ihres anfänglichen, nach 12,5 Betriebsstunden gemessenen Lichtstroms. In Figur 4 ist zu erkennen, dass Hochdruckentladungslampen mit größerem, vom Entladungsgefäßmaterial ausgefülltem Volumen und unter sonst gleichen ßedingungen in dem oben definierten Mittenabschnitt nach 1000 Betriebsstunden noch einen höheren relativen Lichtstrom aufweisen. Die erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen besitzen nach 1000 Betriebsstunden noch mindestens 70 Prozent ihres anfänglichen Lichtstroms. Als Kriterium zur Beurteilung der Lebenserwartung der Hochdruckentladungslampen wird der nach 1000 Betriebsstunden noch verbliebene Restlichtstrom der Hochdruckentladungslampen herangezogen. Hochdruckentladungslampen mit einem Restlichtstrom unterhalb von 70 Prozent ihres anfänglichen Lichtstroms besitzen eine zu geringe Lebenserwartung.
- In der Figur 5 ist die Temperatur an der heißesten Stelle des Entladungsgefäßes, das heißt, an der Oberseite des Entladungsgefäßes, und zwar mittig zwischen den Elektroden, in Abhängigkeit von dem in dem Mittenabschnitt des Entladungsgefäßes angeordneten und vom Entladungsgefäßmaterial ausgefüllten Volumen für mehrere quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen während des Lampenbetriebs dargestellt. Bei den erfindungsgemäßen Lampen beträgt die Temperatur maximal 855 Grad Celsius.
- Die Figur 5 zeigt, dass Hochdruckentladungslampen mit größerem, vom Entladungsgefäßmaterial ausgefülltem Volumen in dem oben definierten Mittenabschnitt und unter sonst identischen Bedingungen eine geringere Temperatur an der Oberseite des Entladungsgefäßes besitzen. Aufgrund des horizontalen Lampenbetriebs, das heißt, mit in horizontaler Ebene angeordneten Elektroden, befindet sich die heißeste Stelle des Entladungsgefäßes an seiner Oberseite. Die Darstellungen der Figuren 4 und 5 gewährleisten für die erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen aufgrund des vergleichsweise hohen relativen Lichtstroms und der reduzierten thermischen Belastung des Entladungsgefäßes eine längere Lebensdauer.
- Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen, das heißt, für Hochdruckentladungslampen, deren ionisierbare Füllung aus Metallhalogeniden und Xenon besteht und kein Quecksilber enthält, weil bei diesem Lampentyp die Abnahme des relativen Lichtstroms mit der Betriebsdauer besonders stark ist.
- Die Erfindung kann aber auch vorteilhaft auf die konventionellen quecksilberhaltigen Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen angewandt werden, wie in Figur 6 verdeutlicht ist. In der Figur 6 ist für zwei quecksilberhaltige Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen der relative Lichtstrom nach 1000 Betriebsstunden über dem in dem Mittenabschnitt des Entladungsgefäßes angeordneten und vom Entladungsgefäßmaterial ausgefüllten Volumen dargestellt. Die erfindungsgemäße quecksilberhaltige Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe besitzt nach 1000 Betriebsstunden noch 90 Prozent ihres anfänglichen Lichtstroms.
- Das Entladungsgefäß der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen besteht vorzugsweise aus Quarzglas, das heißt, der Gewichtsanteil von Siliziumdioxid im Material des Entladungsgefäßes beträgt mindestens 99 Gewichtsprozent. Quarzglas hält der hohen Betriebstemperatur, dem hohen Druck und dem chemischen Angriff der ionisierbaren Füllung stand. Gegenüber einer lichtdurchlässigen Keramik, welche die vorgenannten Vorteile auch bietet, besitzt Quarzglas den Vorteil, dass bei Entladungsgefäßen aus Quarzglas die Abdichtung der Stromdurchführungen einfacher zu realisieren ist.
- Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- Eine Seitenansicht des Entladungsgefäßes der Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels
- Figur 2
- Einen Querschnitt durch das in Figur 1 abgebildete Entladungsgefäß im Mittenabschnitt zwischen den Elektroden
- Figur 3
- Eine Seitenansicht der Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels
- Figur 4
- Die Abhängigkeit des relativen Lichtstroms von dem im Mittenabschnitt des Entladungsgefäßes angeordneten Volumen, das vom Material des Entladungsgefäßes ausgefüllt ist, für mehrere quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen
- Figur 5
- Die Temperatur der Oberseite des Entladungsgefäßes in Abhängigkeit von dem im Mittenabschnitt des Entladungsgefäßes angeordneten Volumen. das vom Material des Entladungsgefäßes ausgefüllt ist. für mehrere quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen
- Figur 6
- Die Abhängigkeit des relativen Lichtstroms von dem im Mittenabschnitt des Entladungsgefäßes angeordneten Volumen, das vom Material des Entladungsgefäßes ausgefüllt ist, für zwei quecksilberhaltige Halogen-Metalldampf- Hochdruckentladungslampen
- In Figur 3 ist eine Hochdruckentladungslampe gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung schematisch dargestellt. Es handelt sich hierbei um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer Nennleistung von 35 Watt. Diese Lampe ist für den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie besitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 10 aus Quarzglas, dessen Innenraum 107 ein Volumen von 22,5 mm3 aufweist, und in dem eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen ist. Im Mittenabschnitt 106 des Entladungsgefäßes 10 ist die Innenkontur des Entladungsgefäßes 10 kreiszylindrisch ausgebildet und seine Außenkontur entspricht im wesentlichen der eines kreisförmigen Tonnenkörpers, das heißt, die Außenkontur wird durch Rotation eines Kreisbogens um die Entladungsgefäßachse erzeugt. Der Innendurchmesser des Mittenabschnitts 106 beträgt 2,6 mm und sein größter Außendurchmesser beträgt 6,3 mm. Die beiden Enden 101, 102 des Entladungsgefäßes 10 sind jeweils mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 103, 104 abgedichtet. Im Innenraum 107 des Entladungsgefäßes 10 befinden sich zwei Elektroden 11, 12, zwischen denen sich während des Lampenbetriebes der für die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Die Elektroden 11, 12 bestehen aus Wolfram und verlaufen in der Entladungsgefäßachse. Ihre Dicke bzw. ihr Durchmesser beträgt 0,30 mm. Der Abstand zwischen den Elektroden 11, 12 beträgt 4,2 mm. Die Elektroden 11, 12 sind jeweils über eine der Molybdänfolien-Einschmelzungen 103, 104 und über die sockelferne Stromzuführung 13 bzw. über die sockelseitige Stromrückführung 14 elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluss des im wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Lampensockels 15 verbunden. Das Entladungsgetäß 10 wird von einem gläsernen Außenkolben 16 umhüllt. Der Außenkolben 16 besitzt einen im Sockel 15 verankerten Fortsatz 161. Das Entladungsgefäß 10 weist sockelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas auf, in der die sockelseitige Stromzuführung 14 verläuft. Im Innenraum des Sockels 15 kann eine Zündvorrichtung mit einem Zündtransformator angeordnet sein.
- In der Figur 3 ist das Entladungsgefäß 10 dieser Hochdruckentladungslampe schematisch abgebildet. Der Mittenabschnitt 106 des Entladungsgefäßes 10 wird durch zwei Ebenen E1, E2 begrenzt, die beide senkrecht zur Entladungsgefäßachse angeordnet sind. Die Ebene E1 verläuft durch das entladungsseitige Ende der Elektrode 11 und die Ebene E2 verläuft durch das entladungsseitige Ende der Elektrode 12. Die Ebenen E1, E2 sind daher im Abstand der beiden Elektroden 11, 12 angeordnet. Der Mittenabschnitt 106 des Entladungsgefäßes 10 ist zwischen den beiden Ebenen E1. E2 angeordnet. Das von dem Quarzglas der Gefäßwand des Mittenabschnitts 106 ausgefüllte Volumen beträgt 99,1 mm3. In der Mitte des Mittenabschnitts 106 beträgt die senkrecht zur Entladungsgefäßachse orientierte Querschnittsfläche der Entladungsgefäßwand 25,9 mm2. An den beiden Rändern des Mittenabschnitts 106 beträgt die senkrecht zur Entladungsgefäßachse orientierte Querschnittsfläche der Entladungsgefäßwand 19,0 mm2. Der größte Wert der Wandstärke des Mittenabschnitts 106. der in der Mitte angenommen wird, beträgt 1,85 mm und der kleinste Wert, der and den beiden Rändern bei den Ebenen E1, E2 angenommen wird. beträgt 1,48 mm.
- Die ionisierbare Füllung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampen besteht aus Xenon, den Halogeniden, vorzugsweise Jodiden, der Metalle Natrium und Scandium sowie gegebenenfalls den Halogeniden weiterer Metalle. wie beispielsweise Zink und Indium. Die ionisierbare Füllung der erfindungsgemäßen quecksilberhaltigen Hochdruckentladungslampen enthalten zusätzlich zu den oben genannten Komponenten noch Quecksilber.
- Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Insbesondere kann die Geometrie des Entladungsgefäßes von der in der Figur 1 oder 3 abgebildeten Geometrie abweichen. Die Geometrie des Entladungsgefäßes kann beliebig gewählt werden. Beispielsweise kann die Außenkontur des Entladungsgefäßes sphärisch, ellipsoidförmig oder zylindrisch ausgebildet sein. Die Innenkontur des Entladungsgefäßes kann dieselbe Geometrie wie die Außenkontur aufweisen, das heißt, ebenfalls sphärisch, ellipsoidförmig oder zylindrisch ausgebildet sein, oder aber eine andere Geometrie besitzen, beispielsweise eine kreiszylindrische.
Claims (4)
- Hochdruckentladungslampe für einen Fahrzeugscheinwerfer mit einem Entladungsgefäß (10) und darin angeordneten Elektroden (11.12) zum Erzeugen einer Gasentladung, wobei das Entladungsgefäß (10) einen Mittenabschnitt (106) aufweist, der durch zwei Ebenen (E1, E2) begrenzt ist, die senkrecht zur Verbindungsstrecke der entladungsseitigen Enden der Elektroden (11. 12) angeordnet sind und jeweils durch das entladungsseitige Ende einer der Elektroden (11, 12) verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Mittenabschnitt (106) angeordnete und von dem Material des Entladungsgefäßes (10) ausgefüllte Volumen größer oder gleich 95 mm3 ist.
- Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (107) des Entladungsgefäßes (10) ein Volumen von kleiner oder gleich 30 mm3 besitzt.
- Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladungsgefäß (10) aus Quarzglas besteht.
- Hochdruckentladungslampe nach einem oder mehreren der vorstchenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Innenraum (107) des Entladungsgefaß (10) eine ionisierbare Füllung angeordnet ist. die Metallhalogenide und Xenon umfasst.
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