專利名稱：高壓放電燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明基于根據(jù)權利要求1的前序部分所述的高壓放電燈。
背景技術：
從WO 2008/048978中已知了調制的微波燈。類似的諧振驅動的燈從US 5 508 592和US 6 737 815中已知。在此，沒有電極 的放電容器總是圓柱形帶半球形倒圓的角。

發(fā)明內容
本發(fā)明的任務是提供一種微波激勵的高壓放電燈，其具有小的顏色波動和良好 的維護性。該任務通過權利要求1的特征部分解決。特別有利的擴展方案從從屬權利要求獲得。根據(jù)發(fā)明介紹了沒有電極的、通過RF或者微波激勵的高效率的高壓放電燈，其對 流以聲學方式來控制并且其因此是等離子體穩(wěn)定的。這種高壓放電燈的特征在于小的顏色 波動以及良好的維護性。具有電極的現(xiàn)代陶瓷金屬鹵化物燈具有以下問題在電極上的損耗比較高。通過 電壓降O^llspanrumg)以及通過向燈連接部或者饋電線的散熱的電極損耗在功率平衡方 方面為損耗的10%至20%、典型地平均為損耗的15%。已知的金屬鹵化物填充物適用作放電容器的填充物，放電容器尤其包含具有如下 的金屬鹵化物的填充物，該金屬鹵化物從Na的碘化物、Li的碘化物、Tl的碘化物、Ca的碘化 物、稀土族金屬(SE)的碘化物中單獨或組合地選擇。該系統(tǒng)尤其適于以下填充系統(tǒng)NaJ、 Tl J、CaJ2結合SEJ3，其中SE為元素Tm、Ce、Pr、Nd中的至少一種。特別是在使用含Na/Li的和/或含Ce/Nd/ft·的金屬鹵化物填充物的情況下熔融 物在電極的通過區(qū)域中發(fā)生或強或弱的分解，這導致顏色質量和光產量的改變。典型地由 鎢制造的電極不可避免地在(也具有小的電流負荷的)燈工作的情況下經受鎢剝蝕，這導 致電極返回燃燒以及燃燒器壁的變黑。由于電極返回燃燒以及填充物遷移造成這樣的燈的 壽命結束。至今，陶瓷的金屬鹵化物放電燈帶有電極地工作。這種燈的沒有電極的工作在商 業(yè)上局限于用于投影應用的具有低的光產量的小功率石英容器或者局限于帶有強化冷卻 的典型為至少250W的高功率。在該工作中實際上沒有使用對流的永久性聲學影響用以等 離子體穩(wěn)定化。只有當?shù)入x子體穩(wěn)定化在燃燒器中產生微小的熱應力時，在任意定向中的 通用的工作在具有小功率的陶瓷容器的情況下才是可能的。為了更好地理解本發(fā)明，闡述以下內容為了借助聲學諧振工作，有利地使用具有金屬鹵化物填充物的陶瓷放電容器。為 了保證可以在1201m/W至1751m/W之間的范圍中的高效率，已表明的是必須有針對性地改進熱學條件。為此，必須針對不同的額定功率而有針對性地驅動聲學感生的對流，該對流按 照確定的規(guī)則借助放電容器的表面來確定比例。由此可以強制執(zhí)行新型的熱學條件，其將 效率長時間穩(wěn)定地設置在典型為1401m/W至1501m/W的水平上。目標是實現(xiàn)長時間穩(wěn)定的多單元對流(Mehrzellen-Konvektion)。于是，這可以在 大的額定功率范圍上被維持。為此關鍵的是確定比表面的區(qū)域并且關注其準則。為此，合 適的特征量是功率密度。通過描述針對表面相對于所使用的額定功率的比例的確定比例規(guī)則可以配置用 于不同的功率等級和光通量等級的陶瓷放電容器。本發(fā)明有針對性地調整填充氣體的有針對性地借助聲學模式受影響的放電等離 子體中的對流流動。填充氣體的該流動引起朝向放電容積的端部的附加的熱流。這引起端 部的加熱以及冷點的加熱。為了限制該加熱必須設立有效的端部冷卻，使得放電容器的端 部和冷點不受過強地加熱。為了能夠在縱向的聲學模式中驅動金屬鹵化物燈，放電容器的幾何尺寸應該具有 至少2的所謂縱橫比AV。縱橫比優(yōu)選地在3. 5至6的范圍中，尤其AV等于4. 5至5. 5，特 別合適的是4. 6至4. 8的縱橫比AV?？v橫比是放電容器的內部長度和內直徑之間的比例。 放電容器具有縱軸并且基本上為圓柱狀的。放電容器也可以稍微在中間鼓起。譬如在US 6 400 100中公開了這種燈的工作方式。優(yōu)選地使用與內容積有關的圓柱狀的放電容器。放電容器具有外部的外殼面以 及外部的端面或至少傾斜面。外部的外殼面加上外部的傾斜面和端面限定了總的外表面 OSUM0如果將額定功率P與該總的外表面OSUM聯(lián)系，則證明的是為了高效率，這樣限定的 特定額定功率PS = P/0SUM必須達到值17W/cm2至25W/cm2，而同時必須將內部表面上的內 部壁負荷保持為高。該壁負荷應該至少達到^W/cm2。為了理解本發(fā)明必要的是想象地將放電容器相對于縱軸橫向地劃分為三個區(qū) 段。在此，邊界是放電容器的曲率改變。中央的中間區(qū)域限定了放電等離子體在其中延伸 的熱的等離子體區(qū)段，該中間區(qū)域具有小的曲率改變，該曲率改變優(yōu)選為零，即內直徑是恒 定的或者僅僅少量改變(在內部長度上的變化小于15% )。該中間區(qū)域在工作中相對熱。 在該等離子體區(qū)段的區(qū)域中的壁負荷應該優(yōu)選地在^W/cm2至45W/cm2的范圍中。該等離 子體區(qū)段的外表面以OH來表示。引起冷卻的在后的端部的表面(包括傾斜面或端面)以OK來表示。因為放電容 器具有兩個端部，所以必須考慮兩個端部的表面。通常，兩個端部對稱，使得每個冷卻的表 面具有OK的一半。當與OH關聯(lián)的弧區(qū)段在工作中達到為至少^W/cm2的高的壁負荷W時，冷卻則特 別有效，然而總的表面積OSUMJP OH和OK之和具有17W/cm2至25W/cm2的明顯更小的特定 額定功率。換言之，在端部的區(qū)域中的表面OK必須足夠大。OK和OH之間的比例VH優(yōu)選地 為0.75至1.00。該比例特別優(yōu)選地在VH等于0.85至0.90的范圍中?？梢酝ㄟ^技術手段 譬如在OK的區(qū)域中的涂層來修改VH。本發(fā)明的優(yōu)點是耐久的、高效的、陶瓷的小功率高壓燈系統(tǒng)和中等功率高壓燈系 統(tǒng)的譬如借助有效的微波激勵方法的實現(xiàn)可能性。因此可以實現(xiàn)特別緊湊的燈系統(tǒng)。現(xiàn)在可以使用少Hg的以及沒有Hg的填充物而對金屬電極和金屬通過區(qū)域沒有損害?，F(xiàn)在，對流的聲學配置使用具有成錐形的端部的縱向伸展的放電容器。在放電容器上 有利地存在內陷部(EinstUlpimgen)。該布置允許在同時小的熱應力的情況下在空氣中或 在真空外燈泡中的高負荷的燃燒器工作，因為放電等離子體通過在燃燒器內部中所設置的 對流被保持并且與陶瓷壁的接觸可以被盡可能地穩(wěn)定化和最小化。尤其借助可調制的半導體高頻發(fā)生器來驅動燈，該發(fā)生器優(yōu)選為具有在50MHz至 5GHz的頻率范圍中的適配網絡和耦合施加器的微波(WM)發(fā)生器(在AB/C、D、E、F等級工 作中的或者在針對不同的工作狀態(tài)可轉換的等級中的放大器電路)。優(yōu)選的是典型地在 200MHz和3GHz之間的范圍、特別優(yōu)選地從500MHz起，使得弧穩(wěn)定化出現(xiàn)到燃燒器軸上。這 通過使用聲學感應的弧校直效應來實現(xiàn)。為此，周期性地激勵第二方位諧振頻率。特別優(yōu) 選的是，通過借助施加偶數(shù)的縱向諧振頻率的駐波場調節(jié)聲學感應的多單元結構來實現(xiàn)等 離子體的混勻(Durchmischung)。對載波頻率(典型地為200MHz至3GHz)的調制通過幅度調制來進行，使得第二方 位諧振頻率以IOms至Ims的周期被周期性地過掃描(Uberscarmt)，更確切地說從f Φ心-□ f 到 f 中心 + □ f ；其中 0. 5kHz < = □ f <= 15kHz，典型地為 5kHz。作為另外的選擇，可以將其他的調制與該調制疊加(例如通過對調制頻率求和)， 其他的調制在功率譜中產生激勵線，該激勵線在燈起動之后的施加階段(Pragephase) 中以大約50Hz/SeC至lkHz/sec的速率從起動頻率f起動行進至在水平位置中測量的縱向諧 振頻率(典型地相距0. 05kHz至2. 5kHz)以下的位置中的停止頻率，其中起動頻率
大約1. 25*flmg h -l. 3*f1(mg (在水平工作中縱向諧振的位置)位于水平位置中的縱向諧 振頻率(優(yōu)選為第二縱向諧振頻率)以上，并且該激勵線對應于電學總功率的3%至35% 的線功率的功率部分。在此，穩(wěn)定地設置并且長時間地將聲學感應的多單元對流結構穩(wěn)定 化。在此，在隨后被最優(yōu)激勵的縱向聲學諧振的駐波場的壓力波節(jié)點的位置上出現(xiàn)關于燈 中心對稱地設置的兩個或者更多個等離子體收縮。根據(jù)用于激勵縱向諧振的線功率的功率部分，線功率可以在持續(xù)工作中經受另外 的調制或者掃描運動(Swe印bewegung)。作為填充成分使用T1X、ZnX2,Al2O3> InX、InX3>HfX4, SnX2,MnX2,MgX2, ZrX4, TaX5, HgX2, CsX、NaX, DyX2, GaX3、CeX3> NdX3、PrX3、TmX3、ErX3、HoX3、DyX3、GdX3、TbX3> CaX2, ReX3> WX3、WOX、ReOX、S、Se、 Te, Ge, Ga中的一種或者多種，其中X = I、Br、Cl、F。使用元素金屬及其混合物同樣是可能的。所有的惰性氣體Ar、Ne、Kr、Xe以及N2、CO2, CO、H2, D2和其混合物適合用作氣體。壓力范圍可以為0. 1毫巴(冷)至300巴(熱)。在工作中，壓力優(yōu)選地為0.5巴 至30巴。容器可以由陶瓷的(PCAJ203、A10N、ALN、Zr2O3)或者玻璃陶瓷的材料譬如凝固的 高溫焊料(金屬氧化物諸如103、A1203、Ce203> SiO2, Dy203、CaO等等的二元的或三元的共晶 混合物)構成或者由(石英)玻璃容器或混合的材料系構成。燈的內直徑ID可以優(yōu)選地為0. Imm至15mm，優(yōu)選地最高為10mm。內部長度IL可 以優(yōu)選地為0. 35mm至90mm、優(yōu)選地至50mm。壁厚度典型地在大約0. Imm至3mm的范圍中。


在下文中將根據(jù)多個實施例進一步闡述本發(fā)明。附圖示出了圖1示出了具有放電容器的高壓放電燈；圖2示出了合適的放電容器的不同的實施例；圖3示出了合適的放電容器的另外的不同實施形式；圖4詳細地示出了高壓放電燈的系統(tǒng)；圖5示出了在50W功率的情況下比照不同的諧振頻率繪制縱橫比的圖表；圖6示出了在100W功率的情況下比照不同的諧振頻率繪制縱橫比的圖表；圖7示出了具有高壓放電燈的完整系統(tǒng)。
具體實施例方式圖1示意性地示出了沒有電極的放電燈1。該放電燈在其本質上是陶瓷燈。由 Al2O3陶瓷構成的放電容器2具有給定的內直徑ID譬如為2mm以及給定的內部長度譬如為 10讓。填充物包含諸如 NaJ、NaBr、InBr、InJ, CeJ3、CeBr3> Xe、HgJ2 和 Hg。燈借助具有條狀導體耦合器3的系統(tǒng)驅動，該條狀導體耦合器3具有在WM放大器 上的移相器/拉姆達(lambda)/2迂回線路(平衡-不平衡變壓器(balum))。麗頻率為 900MHz。至燈中的功率設置為25W。用于掃描的調制頻率為IlOkHz至125kHz，并且AM頻 率為45kHz。線頻率的調制強度為19%。圖2示出了不同的、特別良好地合適的、縱向伸展的放電容器，其具有縱軸A和縮 窄的端部。在此，縱橫比AV、即比例IL/ID至少為2、優(yōu)選地至少AV等于3. 5。優(yōu)選地通過 AV = 8來給定上限。在端部6上的縮窄部在1/8IL至1/5IL的典型長度上伸展。在圖加的最簡單的實施形式中，放電容器21配備有圓柱狀的中間部分5。兩個端 部部分6成錐狀，從而使得在軸A中達到最大的內部長度IL。替代錐狀縮窄部，根據(jù)圖2b的放電容器也可以扁平縮窄，使得該放電容器在軸附 近具有橫向于軸的端部面7，但是該端部面具有減小的內直徑DIE。該減小的內直徑典型地 為中間部分5的內直徑ID的30%至65%。內直徑的減小也可以通過合適的彎曲曲線16(見圖2c)實現(xiàn)，但是也可以按照階 梯17的方式(見圖2d)來實現(xiàn)。具有轉折點的弧形曲線14也適于直徑的減小(見圖加)。在根據(jù)圖3的第二基本實施形式中，放電容器的直徑的減小通過至少一個、尤其 兩個內陷部或隆起部來實現(xiàn)或輔助。因此實現(xiàn)在軸A外得到最大的內部長度IL。而在軸 A中得到減小的內部長度ILR。在此，橫向于軸A的總的端部面在逐漸變細的隆起部的情況 下(圖3b)近似為0%，或者該端部面在30%至65%的范圍中(圖3a)。圖3a示出了如下實施例，其中中央的內陷部19設置在放電容器的端部上。在軸A 外部設置有近似平面的端面20。在圖北的實施例中設置有內陷部19，其中并非直的端面 而是彎曲的縮窄部22引起內直徑ID的減小。于是，放電容器具有兩個端側的尖端21，其指 向外部。在根據(jù)圖3c的一個特別的實施形式中，中間部分25并不具有直徑恒定的直管，而 是該中間部分輕微凹形地彎曲，在中間具有最大值IDM。但是，在端部處的內直徑的差不應 該超過最大值IDM的10%。在該實施例中沒有端面。
通常3至6的縱橫比AV是特別合適的，該縱橫比非常有利地為AV等于4. 5至5。具有減小的內直徑的端部結構用于將對流單元流動穩(wěn)定化。在此，具有減小的直 徑的端部區(qū)域的軸向長度應該盡可能短。其應該優(yōu)選地為最大內部長度IL的最大30%。 于是，其對于調節(jié)在端部上的溫度梯度而言作用重大。在可見光譜范圍中透明的涂層40也輔助性地起作用(見圖2d)，該涂層具有至 少￡ =0.55的提高的發(fā)射率。因此，中值在Iym至3μπι的范圍中。該范圍一般表示為 NIR(近IR)。該涂層應該至少施加在冷卻的端部區(qū)域的一部分上。圖4示出了高壓放電燈系統(tǒng)1的基本實現(xiàn)。核芯件是起聲學諧振器作用的陶瓷放 電容器2，其在此是帶扁平的端部的錐形。實用的實施是放電容器單件式地構建為具有錐 形端部的箭筒狀管6。箭筒本身具有恒定的內直徑ID。通過第二首先開放的端部引入填充 物。然后以匹配的栓塞7也將第二端部封閉，栓塞成形為使得該栓塞在其錐形形狀方面對 應于第一端部。在此，栓塞的外直徑與開放的端部的直徑ID匹配，使得可以借助玻璃焊料 封接部8來密封該端部。栓塞具有操縱部分47，可以事后在進行了裝入和密封之后切去或者在造型方面修 改該操縱部分，例如通過激光切割或者通過機械磨蝕，見箭頭。在兩側上圍繞錐形端部放置有螺旋狀纏繞的施加器9。該施加器分別與條狀導體 3連接。該連接用13來表示。還通過介電的光反射器11來使該系統(tǒng)完整，該光反射器凹形 地彎曲并且將燈保持在其中心。該系統(tǒng)避免了伴隨毛細管和電極結構的使用而來的高的端部損耗。該端部損耗在 輸入功率的10%至15%的量級中變動。根據(jù)發(fā)明的新的容器形式提供了在放電等離子體中的氣體對流的聲學多單元激 勵。在此，對以下條件單獨地或者組合地予以關注是有幫助的 總的燈功率P (以W為單位)和總的外表面OS之間的比例應該在15W/cm2至30W/ cm2的范圍中、優(yōu)選地在17W/cm2至25W/cm2的范圍中。特別合適的是P/OS = 18ff/cm2至 22W/cm2、尤其 19. 5ff/cm2 至 21W/cm2 的值?？偟臒艄β蔖 (以W為單位)和中央部分的外表面OSZ之間的比例(在沒有具有減 小的直徑的端部的情況下)應該在25W/cm2至65W/cm2的范圍中、優(yōu)選地在^W/cm2至45W/ cm2的范圍中。特別合適的是值P/OSZ = 30ff/cm2至40W/cm2、優(yōu)選地34W/cm2至38W/cm2。端部(其中總括兩個端部)之間的外表面(包括可能的端面)與中央的中間部分 的外表面的比例應該在75%至125%的范圍中。優(yōu)選的是值85%至90%。內部表面的總的壁負荷應該優(yōu)選地在30W/cm2至45W/cm2、優(yōu)選地至42W/cm2的范 圍中。特別優(yōu)選的是36W/cm2至41W/cm2的值。圖5和6示出了針對50W的燈功率(圖5)和100W的燈功率(圖6)的縱橫比AV 的選擇。比照不同的聲學諧振頻率(以kHz為單位)的位置繪制了縱橫比。除了記錄了第 一方位諧振頻率和第二方位諧振頻率以及第一徑向諧振頻率之外，還記錄了第二縱向諧振 頻率和第四縱向諧振頻率。所表明的是，第一方位諧振是不合適的。與其說第一方位諧振建設性地起作用，不 如說其破壞性地起作用。第一方位諧振示出了強烈的弧扭曲，使得其激勵可以弓I起該弧熄 滅。
7
此外，距第二縱向諧振和第四縱向諧振的足夠的距離是必要的。該距離應該為至 少 ^Hz。在縱橫比為至少2、更優(yōu)地為至少3. 5的情況下，即使在壁負荷不同和功率水平不 同時，也實現(xiàn)了可用的聲學諧振的足夠的可選擇性。在選擇同樣對于較大的功率范圍有效的唯一的設計的情況下，應該盡可能在AV 等于4至6的范圍中選擇縱橫比。上邊界尤其由此給定當?shù)诙v向諧振頻率達到大約為 19kHz的聽覺閾限時(見圖5和6中的箭頭)。端部部分的軸向長度的具體下邊界是中間部分的長度的10%。放電容器的優(yōu)選實 施形式在放電容器的端部上具有直的端面，或者端面甚至向內彎折。以該方式可以將在那 里形成的對流單元附加地穩(wěn)定化。圖7示出了高壓放電燈系統(tǒng)，其具有放電容器30和電源31以及包含輔助點燃輔 助電路33的EVG 32。在工作中將50MHz至3GHz的RF用作載波頻率，其中尤其通過幅度調制(AM)來周 期性地激勵第二方位諧振頻率。優(yōu)選地，作為另外的調制將偶數(shù)的縱向諧振頻率、優(yōu)選為第二縱向諧振頻率或第 四縱向諧振頻率施加到該頻率。對載波頻率的調制特別優(yōu)選地以IOms至Ims的周期性來進行。
權利要求
1. 一種高壓放電燈系統(tǒng)，其沒有電極并且借助高頻電磁波、尤其是無線電頻率(RF)、 優(yōu)選地借助微波來激勵，該高壓放電燈系統(tǒng)具有陶瓷的、縱向伸展的、帶有軸A的放電容 器，其中放電容器具有填充物，當無線電頻率功率(RF)從基本體出來耦合輸入到該填充物 中時，該放電容器形成等離子體，其中該填充物包括氣體和至少一種金屬鹵化物，其中配備 有用于驅動燈的電路，該電路提供無線電頻率功率，使得耦合輸入的無線電頻率功率將該 金屬鹵化物蒸發(fā)，這引起光發(fā)射，其特征在于，放電容器針對借助等離子體流動的聲學調制 控制的工作特定地通過放電容器劃分為具有至少幾乎恒定的內直徑ID的中間部分以及兩 個端部的方式來設計，其中放電容器的內直徑朝向端部減小。
2.根據(jù)權利要求1所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，在緊鄰放電容器處設置有基 本體，其中燈基本體包括介電材料。
3.根據(jù)權利要求1所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，在放電容器的中間M中內部長 度IL與內直徑ID的縱橫比AV為至少2、優(yōu)選地為至少3. 5。
4.根據(jù)權利要求1所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，總的燈功率P(以W為單位) 與總的外表面OS之間的比例在15W/cm2至30W/cm2的范圍中。
5.根據(jù)權利要求1所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，總的燈功率P(以W為單位) 與中央部分的外表面OSZ(沒有具有減小的直徑的端部)之間的比例在28W/cm2至45W/cm2 的范圍中。
6.根據(jù)權利要求1所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，端部之間的外表面與中央的 中間部分的比例在75%至125%的范圍之間，其中所述端部總括兩個端部并且包括可能的端面。
7.根據(jù)權利要求1所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，內表面的總的壁負荷在30W/ cm2至45W/cm2的范圍中。
8.根據(jù)權利要求1所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，燈氣氛的填充壓力在工作中 為0. 5巴至30巴。
9.根據(jù)權利要求1所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，放電容器的填充物包含來自 組Na、Li的金屬鹵化物和/或來自組Tm、Nd、Pr、Ce的金屬鹵化物。
10.根據(jù)權利要求1所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，在工作中將50MHz至3GHz的 無線電頻率用作載波頻率，其中通過幅度調制(AM)周期性地激勵第二方位諧振頻率。
11.根據(jù)權利要求10所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，作為另外的調制將偶數(shù)的 縱向諧振頻率、優(yōu)選地為第二縱向諧振頻率或第四縱向諧振頻率施加到所述頻率。
12.根據(jù)權利要求11所述的高壓放電燈系統(tǒng)，其特征在于，以IOms至Ims的周期性來 對載波頻率進行調制。
全文摘要
高壓放電燈(2)沒有電極并且借助微波來激勵。聲學諧振控制等離子體流動并且使其穩(wěn)定化。該穩(wěn)定化通過放電容器的特定形式來輔助。為此，陶瓷的、縱向伸展的放電容器劃分為具有至少幾乎恒定的內直徑(ID)的中間部分以及兩個端部，該放電容器的內直徑朝向端部減小。
文檔編號H01J65/04GK102124541SQ200980131699
公開日2011年7月13日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權日2008年8月14日
發(fā)明者克勞斯·施托克瓦爾德 申請人:奧斯蘭姆有限公司