WO2009147041A2 - Thoriumfreie hochdruckentladungslampe für hochfrequenzbetrieb - Google Patents

Thoriumfreie hochdruckentladungslampe für hochfrequenzbetrieb Download PDF

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WO2009147041A2
WO2009147041A2 PCT/EP2009/056450 EP2009056450W WO2009147041A2 WO 2009147041 A2 WO2009147041 A2 WO 2009147041A2 EP 2009056450 W EP2009056450 W EP 2009056450W WO 2009147041 A2 WO2009147041 A2 WO 2009147041A2
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pressure discharge
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thorium
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Frank Werner
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    • H01J61/02—Details
    • H01J61/56—One or more circuit elements structurally associated with the lamp

Definitions

  • the present invention relates to a high-pressure discharge lamp whose electrodes consist of a thorium-free material, and to a lamp arrangement having such a high-pressure discharge lamp and a ballast operating this high-pressure discharge lamp, and a method for operating such a high-pressure discharge lamp.
  • the high-pressure discharge lamps known from the prior art have a discharge vessel filled with a filling gas into which two electrodes extend, between which a gas discharge arc arises during operation.
  • gas discharge lamps are used in particular in motor vehicles, mercury-xenon high-pressure gas discharge lamps usually being used.
  • thorium can be mixed conces- Th ⁇ 2 as the electrode material (typically 0.7 to 1% Th ⁇ 2), whereby the thorium proportion is reduced, or the metal halide used as the filling can be mixed with THJ 4, whereby pure tungsten electrodes may be used. Although this reduces the total amount of thorium in the lamp, but still creates no thorium-free lamp. Such a lamp is described for example in the document WO2004105082.
  • thorium-free lamps are actually known from the prior art, for example, the publication US2005077828 proposes an electrode which has a two-stage design.
  • the electrode has a head part and a shaft part which are made of different materials and preferably of different diameters.
  • such constructed electrodes are thermally resilient, however, their production is extremely complicated and expensive, whereby the entire lamp is disproportionately expensive.
  • the document WO2007026288 also deals with the problem of providing a thorium-free lamp, in which case the problem of electromagnetic interference should additionally be reduced.
  • This object is achieved by a high-pressure discharge lamp which has a thorium-free electrode and is designed to be operated on a high-frequency ballast.
  • the ballast which is advantageously designed as an electronic ballast, includes an ignition unit and a converter unit.
  • the ignition unit generates the ignition voltage required for igniting the gas discharge in the high-pressure discharge lamp
  • the converter unit provides the lamp current required for proper lamp operation after ignition of the gas discharge.
  • the high-pressure discharge lamp according to the invention can influence its ignitability.
  • the high-pressure discharge lamp according to the invention is therefore equipped with an ignition aid for improving the ignitability.
  • an ignition aid for example, a third electrode, a so-called ignition electrode, serve over the ignition of the gas discharge is initiated in the high-pressure discharge lamp.
  • an electrical connection between the ignition electrode and a designated Output of an ignition unit made.
  • the ignition electrode protrudes into the discharge space.
  • the ignition electrode is separated from the discharge space at least through the wall of the discharge vessel.
  • an electrically conductive coating which covers parts of the surface of the discharge vessel and does not necessarily have to have an electrical connection to an output of the ignition unit can be sufficient as a starting aid.
  • the operating frequency is above 400 Hz, in particular above 1 MHz.
  • ballast is additionally designed for the operation of mercury-free high-pressure discharge lamps or is a universal ballast which can operate both mercury-containing and mercury-free discharge lamps. Further advantages and advantageous embodiments are defined in the subclaims.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a discharge vessel of a high-pressure discharge lamp
  • FIGS. 2a and 2b show a comparison of the luminance distribution of a mercury-free lamp in high-frequency operation and in low-frequency rectangular operation;
  • FIG. 4 is a side view of a high-pressure discharge lamp according to the invention in a schematic representation with the discharge vessel shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a longitudinal section through a high-pressure discharge lamp with a discharge vessel 1, which is made of quartz glass and in which a filling 10 is enclosed gas-tight. This closure takes place through pinch areas 2 and 3, in which electrodes 4 and 5 are embedded in such a way that their one end projects into the interior 10 of the discharge vessel 1.
  • the electrodes 4 and 5 are conductively connected via molybdenum foil seals 6 and 7 to power supply lines 8 and 9, which are connected to a lamp base 15, which preferably includes a ballast connected.
  • lamp base and ballast can also be formed separately from one another.
  • a gas discharge is ignited and maintained via an applied voltage between the electrodes 4 and 5, which is formed as an arc 11. This arc 11 is due to the thermal buoyancy largely above an imaginary line connecting the electrodes when the lamp is operated in a horizontal position.
  • FIG 4 shows a schematic representation of the complete structure of the high-pressure discharge lamp with the discharge vessel shown in Figure 1.
  • This preferred embodiment of the invention is a thorium-free and mercury-free metal halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption of 35 watts.
  • This lamp is intended for use in a vehicle headlight. It has a two-sided sealed discharge vessel 1 made of quartz glass with a volume of about 23 mm 3 , in which an ionizable filling is enclosed gas-tight.
  • the inner contour of the discharge vessel 1 is circular-cylindrical and its outer contour is ellipsoidal.
  • the inner diameter of the discharge space 106 is 2.6 mm and its outer diameter is 6.5 mm.
  • the two ends 2, 3 of the discharge vessel 1 are each sealed by means of a molybdenum foil sealing 6, 7.
  • the molybdenum foils 6, 7 each have a length of 6.5 mm, a width of 2 mm and a thickness of 25 microns.
  • the electrodes 4, 5 are each formed in one piece and consist of tungsten material, in particular of thorium-free tungsten material. Their thickness or their diameter is 0.30 mm.
  • the length of the electrodes 4, 5 is 7.5 mm in each case.
  • the distance between the electrodes 4, 5 is 4.1 mm.
  • the electrodes 4, 5 are in each case electrically conductively connected to one of the molybdenum foil melts 6, 7 and via the socket-remote power supply 8 and the current return 17 or via the socket-side power supply 9 to an electrical connection of the lamp base 15 which essentially consists of plastic - the.
  • the overlap between the electrode 4 and the molybdenum foil 6 connected thereto is 1.3 mm ⁇ 0.15 mm.
  • the smallest distance between the molybdenum foil 6 and the end of the electrode 4 projecting into the interior 10 of the discharge vessel 1 is 6.2 mm ⁇ 0.15 mm. That is, the distance of the molybdenum foil 6 to the discharge arc forming in the discharge vessel 1 during lamp operation is 6.2 mm ⁇ 0.15 mm.
  • the discharge vessel 1 is surrounded by a glass outer bulb 16.
  • the outer bulb 16 has an extension 161 anchored in the base 15.
  • the discharge vessel 1 has on the side a tubular extension 105 made of quartz glass, in which the socket-side power supply 9 extends.
  • the current return 17 facing surface region of the discharge vessel 1 is provided with a translucent, provided electrically conductive coating 107, which serves as a starting aid.
  • This coating 107 extends in the longitudinal direction of the lamp over the entire length of the discharge space 106 and over a part, about 50 percent, of the length of the sealed ends 2, 3 of the discharge vessel 1.
  • the coating 107 is mounted on the outside of the discharge vessel 1 and extends over about 5 percent to 10 percent of the circumference of the discharge vessel 1.
  • the coating 107 may also extend over 50 percent of the circumference of the discharge vessel 10 or even over more than 50 percent of the circumference of the discharge vessel 10.
  • Such a wide configuration of the coating 107 has the advantage of increasing the efficiency of the high pressure discharge lamp, as it reflects a portion of the infrared radiation generated by the discharge back into the discharge vessel and thereby for selective heating of the colder areas below the electrodes during lamp operation of the discharge vessel 1, in which the metal halides of the ionizable filling collect.
  • the coating 107 consists of doped tin oxide, for example of tin oxide doped with fluorine or antimony or, for example, boron and / or lithium doped tin oxide.
  • This high-pressure discharge lamp is operated in a horizontal position, that is, with arranged in a horizontal plane electrodes 4, 5, wherein the lamp is oriented such that the current return path 17 extends below the discharge vessel 1 and the outer bulb 16.
  • This coating 107 which acts as an ignition aid, are described in EP 1 632 985 A1.
  • the outer bulb 16 is made of quartz glass doped with substances absorbing ultraviolet rays is such as ceria and titania. Suitable glass compositions for the outer bulb glass are disclosed in EP 0 700 579 B1.
  • Burning voltage of the lamp is about 43 volts. Its color temperature is slightly above 4000 Kelvin.
  • FIGS. 2a and 2b show an arc 11 of such a mercury-free high-pressure gas discharge lamp, wherein it can clearly be seen that so-called focal spots 12 form at the transition areas between the electrodes 4, 5 and the discharge arc 11, forming the hottest and brightest points of the discharge arc.
  • FIG. 2 a shows a luminance distribution of a mercury-free lamp in high-frequency operation.
  • the temporal course of the lamp current is approximately sinusoidal with a fundamental frequency of 1.8 MHz.
  • FIG. 2b shows a luminance distribution of the arc of a mercury-free lamp in the case of low-frequency rectangular operation. In this case, the time profile of the lamp current has an approximately rectangular shape with a fundamental frequency of 400 Hz.
  • the lamp shows a rectangular operation significantly greater arc bending and less diffuse than in high frequency operation.
  • the arc attachment point is strongly contracted at the electrode, so that due to the reduced contact area ⁇ between the arc attachment point and electrode, the heat input of the resulting plasma by the arc is greatly reduced to the electrode tip. As a result, the total electrode temperature is also significantly reduced, as can also be seen in FIG.
  • Figure 3 shows a graph of the course of the electrode temperature as a function of the distance from the electrode. The distance is indicated on the horizontal axis in any arbitrary unit.
  • the graph provided with the reference numeral 14 shows a temperature profile of the electrode in the rectangular operation, while the graph marked 16 the course of Electrode temperature with high frequency operation shows. It can clearly be seen that instead of the almost 2400 Kelvin, which usually prevail at the tip of the electrode, only about 1900 Kelvin are achieved under high-frequency operation, whereby the thermal load of the electrodes is significantly reduced. As a result, the use of pure tungsten as electrode material is possible without any fear of over-melting of the electrode tips.
  • a high-pressure discharge lamp with a thorium-free material electrode which is designed to be operated on a high-frequency ballast, a method for operating the same, and a lamp arrangement with such a high-pressure discharge lamp and a ballast which is operated at high frequency.

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Abstract

Offenbart ist eine Hochdruckentladungslampe mit einer aus thoriumfreien Material bestehenden Elektrode (4, 5), die dazu ausgelegt ist, an einem Hochfrequenzvorschaltgerät betrieben zu werden, ein Verfahren zum Betreiben dieser, sowie eine Lampenanordnung mit einer derartigen Hochdruckentladungslampe und einem Vorschaltgerät, das mit Hochfrequenz betrieben wird.

Description

Beschreibung
Thoriumfreie Hochdruckentladungslampe für Hochfrequenzbetrieb
Technisches Gebiet
Vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe, deren Elektroden aus einem thoriumfreien Material bestehen, sowie eine Lampenanordnung mit einer solchen Hochdruckentladungslampe und einem diese Hochdruckentladungslampe betreibenden Vorschaltgerät, und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Hochdruckentladungslampe.
Stand der Technik
Die aus dem Stand der Technik bekannten Hochdruckentla- dungslampen weisen ein mit einem Füllgas gefülltes Entladungsgefäß auf, in das zwei Elektroden reichen, zwischen denen im Betrieb ein Gasentladungslichtbogen entsteht. Derartige Gasentladungslampen werden insbesondere bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, wobei üblicherweise Queck- silber-Xenon-Hochdruckgasentladungslampen verwendet werden .
Diese herkömmlichen Gasentladungslampen weisen umwelttechnisch gesehen große Nachteile auf, da zum einen Quecksilber verwendet wird, und zum anderen den Elektro- den, deren Basismaterial vorzugsweise Wolfram ist, radioaktives Thorium, insbesondere Thθ2, zugemischt wird, um ein Überschmelzen der Elektrodenspitzen aufgrund der beim Betrieb entstehenden hohen Temperaturen zu vermeiden. Beide Materialien zu vermeiden bzw. zu ersetzen führt zu großen Problemen, da ohne Thorium die Austrittsarbeit der Elektronen an den Elektrodenspitzen erhöht ist und sich für die nötige Reduzierung der Austrittsarbeit radioakti- ves Thorium besonders bewährt hat. Dadurch wird eine niedrigere Elektrodenspitzentemperatur erreicht, was zu einer Reduktion des Überschmelzens der Elektroden führt. Zwar kann Thorium als Thθ2 dem Elektrodenmaterial zuge- mischt werden (typischerweise 0,7 - 1% Thθ2) , wodurch der Thoriumanteil verringert wird, oder aber die als Füllung verwendete Metallhalogenidfüllung kann mit ThJ4 versetzt werden, wodurch reine Wolframelektroden verwendbar sind. Dies reduziert zwar die Gesamtmenge des Thoriums in der Lampe, schafft aber dennoch keine thoriumfreie Lampe. Eine solche Lampe ist beispielsweise in der Druckschrift WO2004105082 beschrieben.
Aus dem Stand der Technik sind aber auch tatsächlich thoriumfreie Lampen bekannt, wobei beispielsweise die Druck- schrift US2005077828 eine Elektrode vorschlägt, die zweistufig aufgebaut ist. Dabei weist die Elektrode ein Kopf- teil und ein Schaftteil aufweist, die aus unterschiedlichen Materialien und vorzugsweise von unterschiedlichen Durchmessern sind. Derartig aufgebaute Elektroden sind zwar thermisch belastbarer, jedoch ist ihre Herstellung äußerst kompliziert und teuer, wodurch die gesamte Lampe unverhältnismäßig verteuert wird. Zudem kommt es insbesondere während des Lampenanlaufs zu einer verstärkten Abstrahlung elektromagnetischer Störungen.
Auch die Druckschrift WO2007026288 beschäftigt sich mit dem Problem, eine thoriumfreie Lampe bereitzustellen, wobei zusätzlich das Problem der elektromagnetischen Störungen reduziert werden soll.
Dabei wird insbesondere vorgeschlagen, statt Thoriumoxid andere austrittsarbeitssenkende Oxide wie beispielsweise Y2O3, Sc2O3, Dy2O3, La2O3, Ce2O3, ZrO2, Pr2O3, ZrC, HfC zu verwenden. Nachteilig an dieser Lösung ist aber, dass dotiertes Wolfram schlechter zu verarbeiten ist, so dass insbesondere bei kleinen Drahtdurchmessern große Probleme entstehen. Zudem zeigen die dotierten Elemente im Lampenbetrieb ein verstärktes Abdampfverhalten, was zu Kolbenschwärzungen und damit zu einer Reduktion der Lichtabgabe führt.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es deshalb, eine Hoch- druckentladungslampe mit einer thoriumfreien Elektrode und thoriumfreier Füllung bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochdruckentladungslampe, die eine thoriumfreie Elektrode aufweist und dazu ausgelegt ist, an einem Hochfrequenzvorschaltgerät betrieben zu werden.
Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass bei einem Hochfrequenzbetrieb von beispielsweise 1,8 MHz ein Lichtbogenansatzpunkt auf der Elektrode stark kontrahiert, wo- durch der Wärmeeintrag des durch die erzeugte Gasentladung entstehenden Plasmas auf die Elektrode deutlich reduziert wird. Aufgrund der reduzierten Elektrodentemperatur vermindert sich die thermische Elektrodenbelastung, wodurch es auch bei der Verwendung von thoriumfreien E- lektroden praktisch nicht zu einem Überschmelzen der E- lektrodenspitzen kommt. Da erfindungsgemäß kein oder nur noch ein sehr geringes Überschmelzen der Elektrodenspitzen auftritt, zeichnen sich die Elektroden der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe und somit auch die Hochdruckentladungslampe durch eine besonders lange Lebensdauer aus. Dadurch wird ein integriertes System, bestehend aus der Hochdruckentladungslampe und einem im Sockel der Hochdruckentladungslampe untergebrachten Vor- schaltgerät zum Betrieb der Hochdruckentladungslampe, auch unter ökonomischen Gesichtspunkten attraktiv, weil in diesem Fall alle Komponenten des Systems eine ähnlich hohe Lebensdauer besitzen und eine Kabelverbindung zwischen Lampe und Vorschaltgerät entfällt. Das Vorschaltge- rät, welches vorteilhafterweise als elektronisches Vorschaltgerät ausgebildet ist, beinhaltet eine Zündeinheit und eine Wandlereinheit. Die Zündeinheit generiert die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderliche Zündspannung und die Wandlereinheit stellt nach erfolgter Zündung der Gasentladung den zum ordnungsgemäßen Lampenbetrieb erforderlichen Lampenstrom bereit. Vorteilhafterweise wird man den Aspekt der Umweltverträglichkeit auch bei dem Vorschaltgerät berücksichtigen und bei der Lötung der elektrischen Bauelemente des Vorschaltgerätes auf den Leiterbahnen einer Montageplatte nur bleifreies Lot verwenden.
Die thoriumfreie Ausführung der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe kann ihre Zündfähigkeit beeinflussen. Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Hoch- druckentladungslampe daher mit einer Zündhilfe zur Verbesserung der Zündfähigkeit ausgestattet. Als Zündhilfe kann beispielsweise eine dritte Elektrode, eine so genannte Zündelektrode, dienen über die eine Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe eingeleitet wird. Zu diesem Zweck wird eine elektrische Verbindung zwischen der Zündelektrode und einem hierfür vorgesehenen Ausgang einer Zündeinheit hergestellt. Im Fall einer galvanischen Ankopplung ragt die Zündelektrode in den Entladungsraum hinein. Im Fall einer kapazitiven Ankopplung ist die Zündelektrode zumindest durch die Wand des Entla- dungsgefäßes vom Entladungsraum getrennt. Als Zündhilfe kann alternativ auch eine elektrisch leitfähige Beschich- tung ausreichen, die Teile der Oberfläche des Entladungsgefäßes bedeckt und nicht unbedingt eine elektrische Verbindung mit einem Ausgang der Zündeinheit aufweisen muss. Die kapazitive Wirkung dieser Zündhilfsbeschichtung unterstützt die Zündung der Gasentladung über die beiden Elektroden der Hochdruckentladungslampe und reduziert die zum Zünden der Gasentladung erforderliche Spannung.
Des Weiteren hat sich gezeigt, dass gerade bei quecksil- berfreien Lampen die Bogenbiegung und Bogendiffusität im Vergleich zu quecksilberhaltigen Lampen vergrößert bzw. verringert ist, was zu schlechteren Abbildungseigenschaften in Scheinwerfern und zu einem erschwerten Erreichen der in der Norm ECE R99 geforderten Werten führt. Auf- grund des Hochfrequenzbetriebs ergibt sich eine geringere Bogendurchbiegung und eine größere Diffusität, sodass die in der ECE R99 geforderten Werte einfach erreicht werden können .
Vorteilhafter Weise liegt die Betriebsfrequenz über 400 Hz, insbesondere über 1 MHz.
Des Weiteren ist vorteilhaft, wenn das Vorschaltgerät zudem für den Betrieb von quecksilberfreien Hochdruckentladungslampen ausgelegt ist oder ein Universalvorschaltge- rät ist, das sowohl quecksilberhaltige als auch quecksil- berfreie Entladungslampen betreiben kann. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher beschrieben
Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Entladungsgefäß einer Hochdruckentladungslampe;
Fig. 2a und 2b einen Vergleich der Leuchtdichteverteilung einer quecksilberfreien Lampe im Hochfrequenzbe- trieb und im niederfrequenten Rechteckbetrieb;
Fig. 3 einen Vergleich der Elektrodentemperatur einer quecksilberfreien Hochdruckentladungslampe im Hochfrequenzbetrieb und Rechteckbetrieb; und
Fig. 4 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Hoch- druckentladungslampe in schematischer Darstellung mit dem in Figur 1 abgebildeten Entladungsgefäß.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß 1, das aus Quarzglas gefertigt ist und in dem eine Füllung 10 gasdicht eingeschlossen ist. Diese Abschließung erfolgt durch Quetschbereiche 2 und 3, in die Elektroden 4 und 5 derart eingebettet sind, dass ihr eines Ende in das Innere 10 des Entladungsgefäßes 1 hineinragt. Die Elektroden 4 und 5 sind über Molybdänfolien- einschmelzungen 6 und 7 leitend mit Stromzuführungen 8 und 9 verbunden, die mit einem Lampensockel 15, der vor- zugsweise ein Vorschaltgerät enthält, verbunden sind. Alternativ zu einem in dem Lampensockel integrierten Vorschaltgerät können auch Lampensockel und Vorschaltgerät getrennt voneinander ausgebildet sein. Im Betrieb wird über eine zwischen den Elektroden 4 und 5 angelegte Spannung eine Gasentladung gezündet und aufrecht erhalten, die als Lichtbogen 11 ausgebildet ist. Dieser Lichtbogen 11 befindet sich aufgrund des thermischen Auftriebs weitgehend oberhalb einer gedachten Verbindungslinie zwischen den Elektroden, wenn die Lampe in horizontaler Lage betrieben wird.
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung den kompletten Aufbau der Hochdruckentladungslampe mit dem in Figur 1 abgebildeten Entladungsgefäß. Bei diesem bevorzugten Aus- führungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine thoriumfreie und quecksilberfreie Halogen-Metalldampf- Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von 35 Watt. Diese Lampe ist für den Einsatz in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen. Sie be- sitzt ein zweiseitig abgedichtetes Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas mit einem Volumen von ca. 23 mm3, in dem eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen ist. Im Bereich des Entladungsraumes 106 ist die Innenkontur des Entladungsgefäßes 1 kreiszylindrisch und seine Außenkon- tur ellipsoidförmig ausgebildet. Der Innendurchmesser des Entladungsraumes 106 beträgt 2,6 mm und sein Außendurchmesser beträgt 6,5 mm. Die beiden Enden 2, 3 des Entladungsgefäßes 1 sind jeweils mittels einer Molybdänfolien- Einschmelzung 6, 7 abgedichtet. Die Molybdänfolien 6, 7 besitzen jeweils eine Länge von 6,5 mm, eine Breite von 2 mm und eine Dicke von 25 μm. Im Innenraum des Entla- dungsgefäßes 1 befinden sich zwei Elektroden 4, 5, zwischen denen sich während des Lampenbetriebes der für die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Die Elektroden 4, 5 sind jeweils einteilig ausgebildet und bestehen aus Wolframmaterial, insbesondere aus thoriumfreien Wolframmaterial . Ihre Dicke bzw. ihr Durchmesser beträgt 0,30 mm. Die Länge der Elektroden 4, 5 beträgt jeweils 7,5 mm. Der Abstand zwischen den Elektroden 4, 5 beträgt 4,1 mm. Die Elektroden 4, 5 sind jeweils über ei- ne der Molybdänfolien-Einschmelzungen 6, 7 und über die sockelferne Stromzuführung 8 und die Stromrückführung 17 bzw. über die sockelseitige Stromzuführung 9 elektrisch leitend mit einem elektrischen Anschluss des im Wesentlichen aus Kunststoff bestehenden Lampensockels 15 verbun- den. Der Überlapp zwischen der Elektrode 4 und der mit ihr verbundenen Molybdänfolie 6 beträgt 1,3 mm ± 0,15 mm. Der geringste Abstand der Molybdänfolie 6 zu dem in den Innenraum 10 des Entladungsgefäßes 1 hineinragenden Ende der Elektrode 4 beträgt 6,2 mm ± 0,15 mm. Das heißt, der Abstand der Molybdänfolie 6 zu dem sich während des Lampenbetriebs in dem Entladungsgefäß 1 ausbildenden Entladungsbogen beträgt 6,2 mm ± 0,15 mm. Eine analoge Aussage gilt auch für die Molybdänfolie 7 und die Elektrode 5. Details hierzu sind in der WO 2005/112074 offenbart. Das Entladungsgefäß 1 wird von einem gläsernen Außenkolben 16 umhüllt. Der Außenkolben 16 besitzt einen im Sockel 15 verankerten Fortsatz 161. Das Entladungsgefäß 1 weist so- ckelseitig eine rohrartige Verlängerung 105 aus Quarzglas auf, in der die sockelseitige Stromzuführung 9 verläuft.
Der der Stromrückführung 17 zugewandte Oberflächenbereich des Entladungsgefäßes 1 ist mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigen Beschichtung 107 versehen, die als Zündhilfe dient. Diese Beschichtung 107 erstreckt sich in Längsrichtung der Lampe über die gesamte Länge des Entladungsraumes 106 und über einen Teil, ca. 50 Prozent, der Länge der abgedichteten Enden 2, 3 des Entladungsgefäßes 1. Die Beschichtung 107 ist auf der Außenseite des Entladungsgefäßes 1 angebracht und erstreckt sich über ca. 5 Prozent bis 10 Prozent des Umfangs des Entladungsgefäßes 1. Die Beschichtung 107 kann sich aber auch über 50 Pro- zent des Umfangs des Entladungsgefäßes 10 oder sogar über mehr als 50 Prozent des Umfangs des Entladungsgefäßes 10 erstrecken. Eine derartig breite Ausführung der Beschichtung 107 hat den Vorteil, dass sie die Effizienz der Hochdruckentladungslampe steigert, da sie einen Teil der von der Entladung erzeugten Infrarotstrahlung in das Entladungsgefäß zurückreflektiert und dadurch für eine selektive Erwärmung der kälteren, während des Lampenbetriebs unterhalb der Elektroden liegenden Bereiche des Entladungsgefäßes 1 sorgt, in denen sich die Metallhalo- genide der ionisierbaren Füllung sammeln. Die Beschichtung 107 besteht aus dotiertem Zinnoxid, beispielsweise aus mit Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid oder beispielsweise aus mit Bor und beziehungsweise oder Lithium dotiertem Zinnoxid. Diese Hochdruckentladungslampe wird in horizontaler Lage betrieben, das heißt, mit in einer horizontalen Ebene angeordneten Elektroden 4, 5, wobei die Lampe derart ausgerichtet ist, dass die Stromrückführung 17 unterhalb des Entladungsgefäßes 1 und des Außenkolbens 16 verläuft. Details dieser, als Zündhilfe wir- kenden Beschichtung 107 sind in der EP 1 632 985 Al beschrieben. Der Außenkolben 16 besteht aus Quarzglas, das mit Ultraviolettstrahlen absorbierenden Stoffen dotiert ist, wie zum Beispiel Ceroxid und Titanoxid. Geeignete Glaszusammensetzungen für das Außenkolbenglas sind in der EP 0 700 579 Bl offenbart.
Die in dem Entladungsgefäß eingeschlossene Füllung ent- hält Xenon mit einem Kaltfülldruck, das heißt einem bei einer Raumtemperatur von 220C gemessenen Fülldruck, von
1,6 Megapascal, 0,23 mg Natriumj odid, 0,165 mg Scandium- jodid, 0,05 mg Zinkjodid und 0,001 mg Indiumjodid. Die
Brennspannung der Lampe beträgt ca. 43 Volt. Ihre Farb- temperatur liegt geringfügig oberhalb von 4000 Kelvin.
Der Farbwiedergabeindex der Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe beträgt 65 und ihre Lichtausbeute beträgt 90 lm/W. Die Wandbelastung beträgt ca. 100 W/cm2. Figuren 2a und 2b zeigen einen Lichtbogen 11 einer sol- chen quecksilberfreien Hochdruckgasentladungslampe, wobei deutlich zu sehen ist, dass an den Übergangsbereichen zwischen den Elektroden 4, 5 und dem Entladungsbogen 11 sogenannte Brennflecke 12 entstehen, die die heißesten und hellsten Stellen des Entladungsbogens bilden.
Figur 2a zeigt eine Leuchtdichteverteilung einer quecksilberfreien Lampe im Hochfrequenzbetrieb. Dabei ist der zeitliche Verlauf des Lampenstroms näherungsweise sinusförmig mit einer Grundschwingungsfrequenz von 1,8 MHz. Figur 2b zeigt eine Leuchtdichteverteilung des Lichtbo- gens einer quecksilberfreien Lampe bei niederfrequentem Rechteckbetrieb. Dabei besitzt der zeitliche Verlauf des Lampenstroms eine näherungsweise rechteckige Form mit einer Grundschwingungsfrequenz von 400 Hz.
Wie einem Vergleich der beiden Leuchtdichteverteilungen zu entnehmen ist, zeigt die Lampe im Rechteckbetrieb eine deutlich größere Bogenbiegung und geringere Diffusität als im Hochfrequenzbetrieb.
Die festgestellten Bogendurchbiegungswerte und Diffusi- tätswerte sind in der nachstehenden Tabelle für den Hochfrequenz- und den Normalbetrieb gegenüber gestellt. Die Werte zeigen deutlich, dass die Bogendurchbiegung von einem bis jetzt zu erwartenden Wert von 0,59 im Hochfrequenzbereich auf 0,47 μm verringert werden konnte, während die Diffusität von 0,78 auf 0,86 durch den Betrieb mit Hochfrequenz erhöht werden kann.
Figure imgf000013_0001
Zudem wird der Bogenansatzpunkt an der Elektrode stark kontrahiert, sodass aufgrund der verringerten Kontakt¬ fläche zwischen Bogenansatzpunkt und Elektrode der Wärme- eintrag des durch den Lichtbogen entstehenden Plasmas auf die Elektrodenspitze stark reduziert wird. Dadurch wird auch die Gesamtelektrodentemperatur deutlich reduziert, wie auch Figur 3 zu entnehmen ist.
Figur 3 zeigt eine graphische Darstellung des Verlaufs der Elektrodentemperatur als Funktion des Abstands von der Elektrode. Der Abstand ist auf der horizontalen Achse in einer beliebigen Einheit (arbitrary unit) angegeben.
Dabei zeigt der mit dem Bezugszeichen 14 versehene Graph einen Temperaturverlauf der Elektrode im Rechteckbetrieb, während der mit 16 gekennzeichnete Graph den Verlauf der Elektrodentemperatur mit Hochfrequenzbetrieb zeigt. Dabei ist deutlich zu sehen, dass statt der fast 2400 Kelvin, die üblicher Weise an der Elektrodenspitze herrschen, unter Hochfrequenzbetrieb nur rund 1900 Kelvin erreicht werden, wodurch die thermische Belastung der Elektroden deutlich reduziert wird. Dadurch ist die Verwendung von reinem Wolfram als Elektrodenmaterial problemlos möglich, ohne dass ein Überschmelzen der Elektrodenspitzen zu befürchten ist.
Offenbart ist eine Hochdruckentladungslampe mit einer aus thoriumfreien Material bestehenden Elektrode, die dazu ausgelegt ist, an einem Hochfrequenzvorschaltgerät betrieben zu werden, ein Verfahren zum Betreiben dieser, sowie eine Lampenanordnung mit einer derartigen Hoch- druckentladungslampe und einem Vorschaltgerät, das mit Hochfrequenz betrieben wird.

Claims

Ansprüche
1. Hochdruckentladungslampe mit einem eine Füllung enthaltenden Entladungsgefäß (1) und zwei Elektroden (4, 5), die in das Innere (10) des Entladungsgefäßes (1) hineinragen, zwischen denen sich im Betrieb eine Gas- entladung bildet, wobei die Elektroden (4, 5) aus einem thoriumfreien Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckentladungslampe dazu ausgelegt ist, an einem Hochfrequenzvorschaltgerät betrieben zu werden.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, wobei die in dem Entladungsgefäß (1) enthaltene Füllung thoriumfrei ist.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hochdruckentladungslampe quecksilberfrei ist.
4. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektroden (4, 5) einteilig ausgebildet sind und aus Wolfram bestehen.
5. Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hochdruckentladungslampe mit einer Zündhilfe (107) versehen ist.
6. Lampenanordnung mit einer Hochdruckentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einem Vorschalt- gerät, das die Hochdruckentladungslampe betreibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät die Hochdruckentladungslampe mit Hochfrequenz betreibt.
7. Lampenanordnung nach Anspruch 6, wobei die Hochfrequenz eine Frequenz mit einem Wert von mehr als 400 Hz, insbesondere mehr als 1 MHz ist.
8. Lampenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Hochdruckentladungslampe quecksilberfrei ist und das
Vorschaltgerät für den Betrieb einer quecksilberfreien Hochdruckentladungslampe ausgelegt ist.
9. Lampenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Vorschaltgerät in einem Sockel (15) der Hoch- druckentladungslampe angeordnet ist.
10. Lampenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die elektrischen Bauelemente des Vorschaltgerätes mittels bleifreiem Lot auf einer Montageplatte fixiert sind.
11. Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einem eine Füllung enthaltenden Entladungsgefäß und zwei Elektroden, die in das Innere des Entladungsgefäßes hineinragen und an die im Betrieb eine Spannung angelegt wird, um einen Lichtbogen zu bil- den, wobei die Elektroden aus einem thoriumfreien Material bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckentladungslampe mit Hochfrequenz betrieben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei eine Lampe nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 5 oder eine Lampenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10 verwendet wird.
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