DE102006032450B4

DE102006032450B4 - Hochdruckentladungslampe mit spezieller Dimensionierung von Halsbereichen des Entladungsgefäßes

Info

Publication number: DE102006032450B4
Application number: DE102006032450.1A
Authority: DE
Inventors: Anton Albrecht; Swen-Uwe Baacke; Stephan Berndanner; Michael Simson; Martin Spreitzer
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: US8212479B2; WO2008006759A3; JP5091235B2; JP2009543309A; US20090261728A1; WO2008006759A2; CN101490797B; DE102006032450A1; CN101490797A

Abstract

Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, dessen zentraler Teil bauchig geformt ist, und das eine Lampenachse definiert, wobei die Lampe eine Gleichstromlampe ist, mit einer Kathode und einer Anode als Elektroden, wobei am Ende des Entladungsgefäßes jeweils ein Abdichtungsteil angesetzt ist, wobei jeweils eine Elektrode, bestehend aus Kopf und Schaft, mit ihrem Schaft im Abdichtungsteil abgedichtet ist, wobei zwischen zentralem Teil des Entladungsgefäßes und Abdichtungsteil ein Kapillarrohr den Schaft der Elektrode eng umgibt, wobei zwischen dem zentralen Teil und dem Kapillarrohr jeweils in Höhe des Schaftes ein rohrförmiger Hals als Bestandteil des Entladungsgefäßes angeformt ist, der vom Schaft beabstandet ist dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des der Anode zugeordneten Halses etwa 1,2 bis 1,6 mal so groß ist wie der Außendurchmesser des der Kathode zugeordneten Halses.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen für fotooptische Zwecke.
Stand der Technik
Hochdruckentladungslampen für fotooptische Zwecke werden in zwei Einschmelztechniken hergestellt – in Folien- oder in Stabeinschmelzung. Entladungslampen in Stabeinschmelzung werden in sogenannter Ventilsitz- oder Kapillareinschmelzung hergestellt. Ein Beispiel für eine Ventilsitzeinschmelzung ist DE 30 29 824 A . Die DE 196 18 967 A offenbart eine Hochdruckentladungslampe, die als Auflager des Elektrodensystems eine Einschmelzung mit Kapillare verwendet.
Bisher wird das lose Lager von Kapillarlampen – die Kapillareinschmelzung – direkt im Anschluss an den Lampenkolben geformt. Neben der Ausbildung des losen Lagers (Kapillareinschmelzung) muss auch der Kolben im Übergangsbereich Kolben-Schaft mit einem Formwerkzeug umgeformt werden. Es treten Unstetigkeiten und unerwünschte Verformungen in der Kolbenwand auf, die den ungehinderten Lichtaustritt beeinflussen. Das Problem ist in 1 dargestellt. Dabei ist die Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Kathode 2 und einer Anode 3 ausgestattet. Eingekreist ist der Bereich der Kapillareinschmelzung 4. der bauchige Kolben 5 des Entladungsgefäßes wird dabei an seinen Enden bis an den Schaft 6 der beiden Elektroden herangeführt den aus dem Innenteil ragenden Stromzuführungen verbunden werden. Der Pumpstengel 7 sitzt auf halber Höhe direkt am Kolben im Schatten der Anode. Im Bereich des Kapillarrohrs ist das Glas des Kolbens ganz nahe an den Schaft der Elektrode geführt, um sie mechanisch zu fixieren. Der eigentliche Abdichtungsbereich liegt dahinter.
EP 1 117 126 A1 offenbart eine Hochdruckentladungslampe für den Gleichstrombetrieb mit einem Entladungsgefäß, dessen zentraler Teil bauchig geformt ist. Am Ende des Entladungsgefäßes ist jeweils ein Abdichtungsteil angesetzt, wobei jeweils eine Elektrode, bestehend aus Kopf und Schaft, mit ihrem Schaft im Abdichtungsteil abgedichtet ist. Zwischen zentralem Teil des Entladungsgefäßes und dem Abdichtungsteil ist ein Kapillarrohr angeordnet, das den Schaft der Elektrode eng umgibt. Zwischen dem zentralen Teil und dem Kapillarrohr ist jeweils in Höhe des Schaftes ein rohrförmiger Hals als Bestandteil des Entladungsgefäßes angeformt, der vom Schaft beabstandet ist.
US 3 250 941 A offenbart ebenfalls eine derartige Hochdruckentladungslampe. Außerdem ist am Hals des Entladungsgefäßes ein Pumpstängel angeordnet.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe mit Gleichstrombetrieb bereitzustellen, deren Abdichtungen so gestaltet sind, dass Beeinträchtigungen der optischen Eigenschaften weitgehend vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die Elektrodensysteme von zweiseitig abgedichteten Entladungslampen mussen auf Grund ihres Eigengewichtes und im Hinblick darauf, daß die beiden Elektrodensysteme zueinander axial zu zentrieren sind, zweimal gestützt werden. Die erste Stützung erfolgt durch die Einschmelzung des Elektrodenfusses in den Lampenkolben am Schaftende des Kolbens. Die zweite Unterstützung ist ein sogennantes loses Lager direkt vor dem Übergang Kolbenschaft in die bauchig ausgeformte Kolbenform. Durch eine Veränderung des losen Lagers, insbesondere bei Kapillarlampen, wird die Lichtausbeute der Entladungslampe deutlich verbessert.
Die Kapillareinschmelzung wird erfindungsgemäß vom Übergang des Kolbens zum Schaft in den Schaftbereich des Kolbens gelegt. Dadurch wird bei der Ausbildung des losen Lagers der Übergangsbereich Kolben-Schaft nicht mehr verformt. Zusätzlich wird der Kolben im Kathodenbereich bei der Herstellung des Kolbens weiter in Richtung Schaftrohr mit einem definierten Formwerkzeug geformt.
Der Vorteil für den Kunden liegt in einer höheren nutzbaren Lichtausbeute. Die Erhöhung der Lichtausbeute liegt bei Konstanz des Betriebsstromes; des Fülldruckes und des Elektrodenabstandes bei 5–10%.
Der vorliegenden Anmeldung liegt zugrunde, dass durch die Formgebung der Kapillare, die als Auflager für das Elektrodensystem dient, der Übergangsbereich zwischen der Kapillare und dem Kolben eine Verformung eintritt. Diese kann auch bei sorgfältigster Arbeitsweise nicht verhindert werden. Durch diese Verformung, insbesondere im Kolbenbereich auf der Kathodenseite, wird der Lichtaustritt behindert. Wenn man, insbesondere im Kathodenbereich, dieses Auflager etwas nach hinten (in den Bereich des Schaftbereiches) und den Kolben schon bei der Kolbenformung in diesem Bereich weiter nach unten formt, herstellt, wird eine Verformung durch das Ausbilden der Kapillare vollkommen ausgeschlossen. Dadurch weist der Kolben in diesem Bereich keine Verformungen auf, das emittierte Licht kann ungehindert nach außen treten und es lässt sich dadurch ohne andere Anpassungen wie Änderung des Elektrodenabstands oder des Fülldrucks die Leuchtstärke der Lampe steigern.
Diese Überlegung gilt bevorzugt für eine Stabeinschmelzung, sie lässt sich jedoch auch auf eine Folieneinschmelzung anwenden.
Bevorzugt ist dabei der Schaft an den beiden Enden des Kolbens exakt auf das jeweilige Durchführungssystem angepasst. Da die Kathode deutlich kleiner als die Anode ist, haben die beiden Schäfte unterschiedlichen Durchmesser. Damit ist eine optimale Anpassung möglich, ohne dass der Kolben verzerrt ist.
Insbesondere soll das Verhältnis der beiden Durchmesser der Quarzrohre der Abdichtungen im Bereich 1,2–1,6 liegen. Bei einer Quetschung ist damit der maximale Durchmesser gemeint. Das Verhältnis des Durchmessers der Abdichtung zum maximalen Durchmesser der Kathode liegt bevorzugt im Bereich 3–6. Bei der Abdichtung auf der Seite der Anode liegt dieses Verhältnis bevorzugt im Bereich 4 bis 7.
Ein besonderer Vorteil der neuartigen Abdichtung ist, dass der Pumpstengel direkt auf dem Schaftrohr aufgesetzt werden kann. Insbesondere bei Reflektorlampen und bei Reflektorleuchten, bei denen die Lampe bzw. der Kolben durch den Reflektor eingebaut wird, soll der Pumpstengel den maximalen Durchmesser des Kolbens nicht überschreiten. Insbesondere bei Lampen mit Kapillareinschmelzung soll aus Prozessgründen der Pumpstengel direkt auf dem Kolben angebracht sein, weil sonst das Abpumpen der Lampe vor dem Füllen sehr lange dauert. Durch die Forderung, dass der abgeschmolzene Pumpstengel nicht über den Kolben hinausragen darf, muss dieser in jedem Fall kurz abgezogen werden. dabei steigt jedoch die Gefahr, dass sich beim Abschmelzen Spannungen ausbilden, die auf den Kolben wirken. Wird jodch der Pumpstengel auf das Schaftrohr verlagert, kann er länger gehalten werden, als wenn er auf dem Kolben angebracht ist. Dies gilt insbesondere bei Lampen mit Kapillareinschmelzung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
1 eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Hochdruckentladungslampe mit Pumpstengel im Bereich der Abdichtung;
3 ein Ausführungsbeispiel einer Hochdruckentladungslampe mit unsymmetrischen Abdichtungen;
4 die Abstrahlcharakteristik einer Lampe gemäß 3;
5 ein Ausführungsbeispiel einer Reflektorlampe.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Eine Hochdruckentladungslampe 10 zeigt 2. Der bauchige Kolben 11 weist an seinen beiden Enden jeweils einen rohrzylindrischen Hals als Verlängerung 12 auf. Diese liegt jeweils im Schatten S der Elektrode 13. Die Elektrode 13 hat einen Schaft 14 und einen spitz zulaufenden Kopf 15, der sich beispielsweise konisch verjüngt und einen Öffnungswinkel α zur Achse A definiert. Zumindest hat er einen sich konisch verjüngenden Abschnitt, an den zur Entladung hin ein Plateau ansetzt. Beide Elektroden sind gleichartig. Der Hals 12 hat einen äußeren Durchmesser, der etwa dem Dreifachen bis Siebenfachen des Durchmessers des Schafts 14 entspricht. Die beiden Hälse 12a, 12b können gleiche axiale Länge haben, die aber nicht länger als die Länge des in das Entladungsvolumen ragenden Abschnitts des Schaftes sein soll. Bevorzugt kann die Länge auch unterschiedlich sein. In diesem Fall hat der längere Hals 12b quer zur Achse A der Lampe einen Pumpstengel 16 angesetzt, von dem nach dem Abschmelzen ein Pumpstutzen übrig bleibt.
Der Hals geht abrupt in ein Kapillarrohr 18 über, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser des Schafts 14 der Elektrode eng angepasst ist, ohne dass damit eine gasdichte Abdichtung erzielt werden soll. Die Länge des Kapillarrohrs beträgt einige Millimeter.
An das Kapillarrohr 18 schließt sich nach außen der eigentliche Abdichtungsbereich 17 an. Er ist beispielsweise durch eine Stabeinschmelzung realisiert, bei der der Außendurchmesser in etwa dem des Halses entspricht. Jedoch kommt es auf die Art der eigentlichen Abdichtung nicht an.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer für den Betrieb mit Gleichstrom ausgelegten Hochdruckentladungslampe 19 gemäß der Erfindung. Dabei ist die Kathode 20 kleiner als die Anode 21. Ihr Kopf besteht jeweils aus einem walzenförmigen Teil und einer Spitze, die einen gewissen Winkel α zur Achse A definiert. Dieser ist im allgemeinen für beide Elektroden unterschiedlich. Die Dimensionen der beiden Hälse 22, 23 sind unterschiedlich und zwar so, dass beide Hälse im jeweiligen Schatten SA und SK der zugeordneten Spitze, bzw. dessen konischen Bereichs, von Anode und Kathode möglichst vollständig, aber bevorzugt zu mindestens zu 90%, liegen. Auch der Pumpstengel 24 sitzt auf einem Hals und zwar bevorzugt auf dem Hals, der zur Anode gehört, da dort mehr Platz zur Verfügung steht. Im Bereich des Halses ist kein Stützteil o. ä. im Innern des Kolbens angeordnet. Dies würde die Funktion des Pumpstengels sonst beeinträchtigen.
Bei einer 4000 W Lampe mit Xenonfüllung hat der Schaft 14 der Kathode einen Durchmesser von 5,5 mm, der zugeordnete Hals 23 hat einen Außendurchmesser von 24,5 mm. Das Verhältnis ist 4,45. Die axiale Länge des Halses ist 2 bis 5 mm.
Der Schaft der Anode hat einen Durchmesser von 5,5 mm, der zugeordnete Hals 22 hat einen Außendurchmesser von 29,5 mm. Seine axiale Länge ist 10 bis 20 mm. Das Verhältnis des Durchmessers der beiden Hälse ist 1,2. Das Verhältnis des Durchmessers des Halses zum Durchmesser des Schafts liegt bei der Kathode bei 4,45 und bei der Anode bei 5,36.
Dagegen ist der Außendurchmesser des Kapillarrohrs 18 an beiden Enden gleich. Sein Außendurchmesser beträgt jeweils 10 bis 13 mm.
Auf diese Weise wird die optische Verzerrung des Kolbens deutlich verbessert. 4 zeigt im Detail die Abstrahlcharakteristik einer bisherigen Lampe und einer erfindungsgemäßen Lampe. Mit der neuen Technik der angepassten Hälse wird deutlich mehr Licht in Richtung hin zur 180°-Achse gewonnen. Auch wird die Intensitätsverteilung insgesamt symmetrischer.
5 zeigt eine Reflektorlampe 30 mit einem Kolben 31, der axial in der Öffnung des Reflektorhalses 32 sitzt. Er wird von hinten also vom Hals 32 aus eingeführt, wobei der Pumpstutzen 33 relativ lang belassen werden kann, da er nicht mehr direkt auf dem Kolben sitzt. Der Pumpstengel wurde nach dem Füllvorgang abgeschmolzen, so dass nur noch ein kurzer Pumpstutzen am Hals verbleibt. Die Öffnung des Halses 32 kann somit eng an den maximalen Durchmesser des Kolbens 31 angepasst werden.

Claims

Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß, dessen zentraler Teil bauchig geformt ist, und das eine Lampenachse definiert, wobei die Lampe eine Gleichstromlampe ist, mit einer Kathode und einer Anode als Elektroden, wobei am Ende des Entladungsgefäßes jeweils ein Abdichtungsteil angesetzt ist, wobei jeweils eine Elektrode, bestehend aus Kopf und Schaft, mit ihrem Schaft im Abdichtungsteil abgedichtet ist, wobei zwischen zentralem Teil des Entladungsgefäßes und Abdichtungsteil ein Kapillarrohr den Schaft der Elektrode eng umgibt, wobei zwischen dem zentralen Teil und dem Kapillarrohr jeweils in Höhe des Schaftes ein rohrförmiger Hals als Bestandteil des Entladungsgefäßes angeformt ist, der vom Schaft beabstandet ist dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des der Anode zugeordneten Halses etwa 1,2 bis 1,6 mal so groß ist wie der Außendurchmesser des der Kathode zugeordneten Halses.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf der Elektrode entladungsseitig einen Abschnitt besitzt, der konisch zuläuft und dessen Verlängerung einen Elektrodenschatten definiert, wobei der Hals zumindest überwiegend im Bereich des Schattens angeordnet ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hals vollständig im Bereich des Schattens angeordnet ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der beiden Hälse ein Pumpstutzen angesetzt ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des der Kathode zugeordnete Halses etwa 3 bis 6 mal so groß ist wie der Durchmesser des Schaftes der Kathode.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des der Anode zugeordnete Halses etwa 4 bis 7 mal so groß ist wie der Durchmesser des Schaftes der Anode.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Hals, der der Anode zugeordnet ist, ein Pumpstutzen angesetzt ist.