Titel : Hochdruckentladungslampe

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen mit keramischem Entladungsgefäß für die Allgemeinbeleuchtung.

Stand der Technik

Die US-A 4 970 431 offenbart eine Natrium- Hochdruckentladungslampe, bei der der Kolben des Entladungsgefäßes aus Keramik gefertigt ist. An den zylindrischen Enden des Entladungsgefäßes sind flossenartige Fortsätze aufgesteckt, die der Wärmeabfuhr dienen.

Aus der WO2007/082885 sind keramische Entladungsgefäße bekannt, die flossenartige Ansätze am Ende des keramischen Entladungsgefäßes aufweisen. Jedoch haben diese keine spezifische Form.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hoch- druckentladungslampe bereitzustellen, deren Entladungsgefäß effektiv gekühlt wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Die Hochdruckentladungslampe ist mit einem keramischen längsgestreckten Entladungsgefäß ausgestattet. Das Entladungsgefäß definiert eine Lampenachse und besitzt einen zentralen Teil und zwei Endbereiche, die jeweils durch Abdichtungen verschlossen sind, wobei Elektroden in den Abdichtungen verankert sind, die sich in das vom Entladungsgefäß umhüllte Entladungsvolumen erstrecken, wobei außerdem eine Füllung, die bevorzugt Metallhalogenide enthält, im Entladungsvolumen untergebracht ist. Dabei sitzt an mindestens einem Endbereich eine flossenartige Struktur, die sich achsparallel nach außen erstreckt und von der Abdichtung selbst im wesentlichen beabstandet ist. Die Abdichtungen sind röhrenförmige Kapillaren oder stopfenförmige Abdichtungen. Dabei ist dafür auch die Verwendung von keramischen Gradientencermets, longitudi- nal oder auch axial wie an sich bekannt, möglich.

Bei keramischen Hochdrucklampen mit erhöhter Brennerbelastung im Elektroden-Rückraum (z.B. durch veränderte Konvektionsströmungen entlang der kälteren Brenner-Innenbereiche) kann zur Einstellung einer cold- spot-Temperatur die Außenoberfläche zur Strahlungskühlung dimensioniert werden. Zur flexiblen Einstellung der im NIR abstrahlenden Oberfläche haben sich achs-parallel verlaufende Finnen-Strukturen (z.B flossenartige, integrale Ansätze am Brennergefäß) als günstig erwiesen, weil sie relativ einfach fertigungstechnisch realisierbar sind und von der Flächenausdehnung her in einem weiten Bereich dimensioniert werden können.

Je nach Längen/Durchmesserausdehnung des Brennerendes müssen die Strukturen auf den Verschlussbereich erweitert werden. Dabei wirkt die longitudinale Finnenstruktur als Wärmebrücke zum Brennerende.

Der Vorteil der Finnen oder Flossen ist ihre gezielte Anpassungsfähigkeit. Die Wandstärken der Finnenstrukturen können gezielt angepasst, insbesondere verringert werden und die Anzahl der Finnen kann erhöht werden, um in allen Fällen einen ausreichenden Kühleffekt bei gleichzeitig begrenztem Wärmefluß zu erreichen.

Es stellt sich dabei heraus, daß die Anzahl der Finnen nur bis zu einer Anzahl von 3 bis maximal 8 zu einer sinnvollen Abstrahl-Charakteristik, die kühlend wirkt, führt und daß die Wandstärke der Finnen nicht beliebig dünn ausgeführt werden kann. Der lokal wirksame

Kühleffekt wird dabei über einen vergleichsweise großen Endenbereich verteilt. Dabei sollte bevorzugt eine

Wandstärke von ca. 25-50% der mittleren am Brenner vorkommenden Wandstärke, insbesondere des Zentalteils, nicht unterschritten werden, um fertigungstechnisch größere Stückzahlen mit geringem Ausschuss herstellen zu können.

Die Kühlwirkung wird dadurch entscheidend verbessert, daß die Finnen mit einer Hinterschneidung derart ausgeführt werden, daß das dem Brennerende zugewandte Ende der Finnenstruktur keinen Kontakt mit der Verschlusswandung, also der Kapillare oder dem Stopfen, aufweist. Dadurch wird vermieden, daß über die axiale Länge LH des Hinterschnittes ein Wärmefluss auf die Abdichtung oder auch das Brennerende übergeht. Somit wird ein verlustbestimmender Wärmetransport über die Finne in diesem Bereich vermieden. Es ergibt sich dadurch eine beosnders effektive Kühlung im Bereich der Ansatzstelle der ausgreifenden Kühlflächen dieser Finnen oder Flossen. Die axiale Länge der Ansatzstelle sei mit LA bezeichnet.

Vorteile :

1. Flexible Gestaltung der Ansatzzone der integralen Kühlelemente (Finnen-Strukturen) .

2. Wandstärke der Kühlstruktur muss nicht deutlich verringert werden, da das Kühlelement nicht automatisch als Wärmebrücke wirkt, sondern nur im Bereich der Ansatzstel- Ie.

3. Es lässt sich eine kürzere Brennerzone effektiver über den Finnenansatz kühlen und damit ein geringerer effi- zienz-mindernder Wärmefluss in die Verschlussenden einstellen .

4. Im Bereich des Hinterschnittes kann auf der Enden- verschluss-Oberflache bevorzugt eine Zündhilfskontaktie- rung erfolgen (z.B. Zündhilfskontakt), die geringen Abstand zur innenliegenden Stromzuführung besitzt. Dieser Abstand ist im wesentlichen durch die Wandstärke der Ab- dichtung gegeben. Sie liegt bevorzugt im Bereich 0,6 bis 1 , 1 mm.

Bei keramischen Hochdrucklampen mit erhöhter Brennerbelastung im Elektroden-Rückraum (z.B. durch veränderte Konvektionsströmungen entlang der kälteren Brenner-Innenbereiche) kann zur Einstellung einer cold- spot-Temperatur die Außenoberfläche zur Strahlungskühlung dimensioniert werden. Zur flexiblen Einstellung der im NIR abstrahlenden Oberfläche haben sich achs-parallel verlaufende Finnen-Strukturen (z.B flossenartige, integrale Ansätze am Brennergefäß) als günstig erwiesen, die relativ einfach fertigungstechnisch realisierbar sind.

Je nach Längen/Durchmesserausdehnung des Brennerendes müssen die Strukturen auf den Verschlussbereich erweitert werden. Dabei wirkt die longitudinale Finnenstruktur als

Wärmebrücke zum Brennerende. Das Brennerende ist bevorzugt so gestaltet, dass es sich zur Abdichtung hin verjüngt, so dass hier Finnen gut angesetzt werden können.

Die Anwendung der Erfindung bezieht sich insbesondere auf hocheffiziente Keramiklampen mit sehr hohen Lichtausbeuten und hoher Strahlungskonversions-Effizienz .

Insbesondere werden dabei hohe Wandbelastungen der Brenneroberfläche von 35-45 W/cm ² auf der Innenoberfläche erreicht. Ferner wird die Gaskonvektion durch stabile Einstellung und Nutzung longitudinaler oder assoziierter daraus abgeleiteter akustischer Resonanzen verändert wie an sich bekannt, derart, daß eine verstärkte Unterdrückung der Plasmaentmischung durch Diffusionsvorgänge erfolgt. Dabei werden Gasströmungen aus dem Zentrum des sich ausbildendnen Hochdruckplasmas auf die inneren Endflächen im Elektroden-Rückraum geführt .

Dies führt zu einer erhöhten Aufheizung der als cold-spot wirkenden Endflächen.

Es zeigt sich, dass insbesondere für bestimmte, insbesondere auf Na/Ce-basierenden

Metallhalogenidfüllungen zur Erzielung besonders hoher Lichtausbeuten, d.h. hoher Strahlungs- Konversionseffizienz (Effizienz der Erzeugung sichtbarer Strahlung im visuellen Spektralbereich in Relation zur eingespeisten elektrischen Leistung) und visueller Effizienz (Anpassung der spektralen Strahlungsverteilung an die Augenempfindlichkeit, d.h. Lumenausbeute in Relation zur im visuellen Spektralbereich erzeugten Strahlungsleistung) ein bestimmter Temperaturbereich der Endflächen zur Einstellung des resultierenden Metallhalogenid-Dampfdruckes notwendig ist und nicht überschritten werden sollte.

Dieser liegt im wesentlichen im Bereich zwischen 980-1080 ⁰ C. Im speziellen typisch weniger als 1050 ⁰ C, bei den zuvor genannten mittleren Wandbelastungen.

Es können dabei Lichtausbeuten bis zu 160 lm/W bei sehr guten Farbwiedergabe von > 80 erzielt werden.

Bei entsprechender Auslegung des Brennergefäßes und der Füllungs-Zusammensetzung lassen sich

Entladungseffizienzen von > 50% (Umwandlung Elektrische Leistung in Visuelle Strahlung) und Visuelle Effizienzen von > 320 lm/W _vls für das Lampenspektrum erzielen.

Bei den verwendeten Brennergefäßen handelt es sich um Brenner mit hohem Dimensionsverhältnis von Innenlänge und Innendurchmesser (ausgedrückt durch ein Aspektverhältnis von insbesondere 3 bis 8), was dann auch zu einer erhöhten Plasma-Bogenlänge zwischen den Elektrodenspitzen führt und entsprechenden Zündschwierigkeiten führt.

Die für eine Endenkühlung über NIR-Abstrahlung nutzbare Oberfläche befindet sich im wesentlichen im Bereich des Brenners, der den Elektrodenrückraum umschließt, und im anschließenden Teil der Verschlussenden-Konstruktion.

Eien beliebige Oberflächenvergößerung kann durch Massenerhöhung der Verschlußzone erfolgen, was jedoch gleichzeitig eine Vergrößerung der Querschnittsfläche für den in die Verschlußenden führenden Wärmefluß bedeutet.

Vergrößerte Auskragungungen zur Oberflächenvergrößerung mit umlaufenden Wärmestau-Nuten (ringförmige Kühlung) eignen sich zwar zur erhöhten NIR- Abstrahlung bei gleichzeitiger Verringerung der zu den Enden abfließenden Wärmemenge, sie erzeugen aber eine vergrößerte Endenabschattung des in die Endenzonen abgestrahlte Lichtintensität und führen damit zu einer Effizienz- Verminderung .

Achsparallel verlaufende Finnenstrukturen haben sich als bestmögliche und am einfachsten herzustellende Oberflächenstruktur zur lokalen NIR-Oberflächenkühlung herausgestellt .

Die vergrößerte Bogenlänge im Entladungsgefäß bei hohem Aspektverhältnis führt zu einem erhöhten Bedarf an

Zündfeldstärke zur Einleitung des Lampenbetriebes. Bei

Lampen mit keramischem Lampengefäß (typisch gefertigt aus

AI2O3) sind die Abdichtungen Endenkonstruktionen, die als dünne rohrförmige Verschlußzonen ausgebildet sind. Zur Zündfeldstärkeerniedrigung und Einleitung der Zündung kann durch kapazitiv gekoppelte Hilfsentladungen in den

Endenstrukturen die Zündung eingeleitet werden. Dazu ist eine Kontaktierung in der unmittelbaren Nähe mindestens einer Elektrode oder Stromzuführung hin zur Elektrodenspitze am günstigsten. Bei Nutzung von Zündhilfskontaktierungen (Drähten und/oder leitfähigen Beschichtungen) ist eine möglichst gute Kontaktierung im Bereich des Elektrodenschaftes am günstigsten .

Daher ist ein Anbringen einer Zünddrahtschlaufe oder einer Beschichtung im vordersten Bereich, bevorzugt erstes drittel der Längen LH, der Hinterschneidung der Finnenstruktur besonders günstig, da an dieser Stelle im Innern der Kapillare die geringste innere Spaltweite im Gasraum auftritt.

Es lassen sich alternativ (u.U. zusätzlich zu den zuvor genannten Methoden) zwischen den Finnen laufende und die Brennerlänge überbrückende Leiterbahnen ( z.B aus Cermet, Platin oder leitfähigen Kohlenstoffschichten die in den Bereich des Hinterschnittes hineinreichen) als Zündhilfen verwenden .

Der Finnenhinterschnitt ist besonders effektiv, wenn die Hinterschnittslänge LH mindestens die Größe der minimalen Finnenwandstärke WS, bevorzugt ein mehrfaches davon beträgt, insbesondere das 3- bis 10-fache der Wandstärke WS.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt in der Beachtung folgender Gesichtspunkte:

- die Abdichtung ist eine Kapillare (rohrzylindrisch) mit Durchführung, wobei der Elektroden-Schaft in der Kapillare teilweise versenkt ist und wobei ein gewisser Mindestabstand zwischen Schaft und Kapillare gewahrt bleibt. Er sollte mindestens 10 μm betragen und möglichst 50 μm nicht überschreiten. - es sind am Ende des Entladungsgefäßes mindestens drei Finnen angebracht, die eine Hinterschneidung aufweisen (vorzugsweise parallel zur Kapillare) ;

- die Wurzel des Ansatzes der Hinterschneidung (hintere Wurzel) liegt im Bereich des Elektroden-Schaftes im

Bereich der Abdichtung. Der Midnestabstand von der Öffnung der Kapillare zum Entladungsvolumen hin ist 1 mm in Richtung Durchführung; bevorzugt ist diese hintere Wurzel im hintersten Drittel des Schaftes, aber noch beabstandet vom Ende des Schaftes; der hintere Teil des Schaftes kann mit einer Wendel etc. verstärkt sein.

In einer speziellen ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Hinterschneidung für eine Zündhilfe genutzt. Dabei gilt, dass eine Zündhilfe (realisiert als Draht oder Strich) im Bereich zwischen hinterer Wurzel und Ende des Schaftes so wirkt, dass eine zur Zündung ausreichende erhöhte elektrische Feldstärke erzeugt wird.

Die Verbindung zwischen Finne und Entladungsgefäß kann zwar selbst zu einem geringen Teil auf der Kapillare liegen, jedoch nur in dem Sinne, dass die Wärmebrücke dadurch nicht wesentlich auf die Kapillare verlagert wird. Betrachtet man in axialer Länge die gesamte Ansatzlänge LA der Finne, sollte der auf der Kapillare liegende Teil bevorzugt allenfalls bis zu 40%, bevorzugt nicht mehr als 25%, der axialen Länge LA ausmachen, . Beste Ergebnisse werden erzielt, wenn dieser Teil nicht mehr als 15% ausmacht .

Die Erfindung betrifft insbesondere Lampen mit erhöhtem Aspektverhältnis bis 8 oder auch Lampen, welche verkürzte Strukturen für die Abdichtungen aufweisen. Bevorzugt weist der Endenbereich eine sich verjüngende Innenkontur im Elektrodenrückraum auf. Das heißt, dass der zentrale Teil einen maximalen oder konstanten Innendurchmesser ID besitzt und die Endbereiche einen kleineren Innendurchmesser aufweisen, zu dem sie sich verjüngen.

Die flossenartige Struktur ist bevorzugt um die Elektrodenkonstruktion bzw. am Endenbereich angeformt. Das Entladungsgefäß besteht typisch aus aluminiumhaltiger Kera- mik wie PCA oder auch YAG, AlN, oder A1YO3. Es wird eine freistehende, von der Abdichtung im wesentlichen beabstandete Kühlungsstruktur verwendet, die insbesondere selbst aus Keramik geformt ist und insbesondere integraler Bestandteil des Endenbereichs ist.

Die Erfindung ist besonders geeignet für hochbelastete Metallhalogenidlampen, bei denen das Verhältnis zwischen der Innenlänge IL und dem maximalen Innendurchmesser ID des Entladungsgefäßes, das sog. Aspektverhältnis IL/ID, zwischen 1,5 und 8 liegt.

Es zeigt sich, dass bei diesen Brennerformen, wenn sie zum Ende hinlaufende, sich verjüngende Endenbereiche besitzen, eine lokale Endenkühlung wirkungsvoll ist. Dies verbessert die Füllungsverteilung im Brenner, weil sich die Füllung bevorzugt im Bereich hinter den Elektroden im sogenannten Elektroden-Rückraum ablagert und damit zu einer verbesserten Farbstabilität als auch zu einer erhöhten Lichtausbeute führt. Insbesondere bei Verwendung von Na- und/oder Ce-haltigen Füllungen lassen sich extrem hohe Lichtausbeuten mit hoher Farbwiedergabe erzielen. Es zeigt sich, dass bei Anwendung eines geeigneten Betriebs- Verfahrens, z.B. DE-A 102004004829, die Leistungskennlinie der Lampe günstig beeinflusst werden kann, so dass eine Lichtausbeute bis über 150 lm/W bei Beibehaltung eines Farbwiedergabeindex Ra > 80 langzeitstabil erzielt werden kann.

Unabhängig von der Wandstärkenverteilung zwischen den Elektroden kann der Temperaturgradient bei hochbelasteten Brennern, die typisch eine Wandbelastung von mindestens 30 W/cm ² im Bereich der axialen Länge zwischen den Elekt- roden erreichen, durch die Wahl des Ansatzpunktes für die Kühlstruktur beeinflusst und eingestellt werden. Damit kann die Konstanz der Farbtemperatur und die Ausbeute der resultierenden Metallhalogenidlampe wesentlich verbessert werden .

Durch das Vermeiden eines Kontaktes zwischen Kühlstruktur und Abdichtung (hier eine Elektroden-Durchführungs- Kapillare) wird eine effektive Kühlung am Ansatzpunkt der Kühlstruktur gewährleistet und gleichzeitig ein Wärme- fluss auf die Abdichtung vermieden. Dies vermindert die Verluste an den Enden und erhöht den Temperaturgradienten im Bereich der Abdichtung.

Dies gilt insbesondere bei Metallhalogenidlampen, welche mindestens eines der Halogenide des Ce, Pr oder Nd, insbesondere zusammen mit Halogeniden des Na und/oder Li enthalten. Hier treten sonst Farbtemperaturschwankungen aufgrund von Destillationseffekten auf.

Bevorzugt ist auch die Anwendung bei Lampen mit hohem Aspektverhältnis von 2 bis 6 und bei Lampen mit gezielter Anregung von akustischen Resonanzen, die zur Aufhebung von longitudinaler Segregation in vertikaler Brennlage verwendet werden.

Als Material des Kolbens kann PCA oder jede andere übliche Keramik verwendet werden. Auch die Wahl der Füllung unterliegt prinzipiell keiner besonderen Einschränkung.

Entladungsgefäße für Hochdrucklampen mit annähernd gleichmäßiger Wanddickenverteilung und schlank auslaufenden Endenformen zeigen bisher abhängig von der Füllungszusammensetzung eine teilweise hohe Farbstreuung durch die starke Verteilung der Metallhalogenid-Füllung im Inneren des Entladungsgefäßes. Typisch kondensiert die Füllung im Bereich hinter einer Linie, die durch Projektion der Elektrodenspitze auf die innere Brenner-Oberfläche bestimmt ist. Die Füllungspositionierung auf eine Zone der Oberfläche im Innern des Entladungsgefäßes, die einem engen Temperaturbereich entspricht, und in die Restvolumina der Kapillaren hinein ist bisher nicht hinreichend genau einstellbar.

Bisherige Entladungsgefäße haben oft eine Form mit ver- stärkter Wanddicke an den Endflächen, z.B. bei zylindrischen Brennerformen, und erzeugen dadurch eine vergrößerte Endenoberfläche. Ein weiteres Problem ist die durch den wanddickenabhängigen spezifischen Emissionskoeffizienten der Keramik erhöhte Abstrahlung von IR-Strahlung beim Betrieb des Entladungsgefäßes im evakuierten oder gasgefüllten Außenkolben.

Hierdurch wird durch einen Wärmesenkeneffekt am Ende des Entladungsgefäßes eine Belegung der Innenwand mit Füllungskonzentrat erzeugt, die den Dampfdruck der verwende- ten Metallhalogenide im Entladungsgefäß derart bestimmt, dass bei Keramiklampensystemen ein befriedigender Wert der Streuung der Farbtemperatur von höchstens 75 K für größere Lampengruppen gleicher Betriebsleistung einstellbar ist.

Bei kugeligen Entladungsgefäßen, oder solchen mit Halbkugelendformen oder konisch zulaufenden Endenformen oder elliptisch ausgeformten Endenformen und zylindrischem Mittenteil mit einem relativ hohen Aspektverhältnis von IL/ID von etwa 1,5 bis 8 ergeben sich besonders gravie- rende Probleme. Aufgrund des sich verjüngenden Übergangs in den Kapillarbereich ergeben sich teilweise unzureichende Kühlungseffekte am Ende des Entladungsgefäßes und damit eine unzureichende Festlegung der Temperatur, die für eine zielgenaue Füllungsablagerung in einem engen Temperaturbereich der Innenwandung nicht ausreicht.

Bei einer Brennergeometrie, die keine Kühlstruktur aufweist, siehe Figur 8 von WO2007/082885, wird ein sehr kleiner Temperaturgradient von Brennerkörper zur Verschluss-Struktur erzeugt, was eine bevorzugte Destillati- on der Füllung in der Durchführungsstruktur zu Folge hat.

Eine weitere bekannte Lösung (Figur 10) sind einfache Finnen oder flossenartige Ausformungen. Diese erhöhen zwar die kühlende Oberfläche, sie bilden jedoch eine Wärmebrücke zwischen Brennerende und Abdichtung, insbesonde- re wenn kurze Kühlungslängen bevorzugt werden und die Kühlungsstruktur eine erhöhte Anzahl von Kühlrippen aufweist. Diese Nachteile werden von der erfindungsgemäßen Kühlstruktur vermieden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kühlstruktur ganz oder teilweise mit einer Beschich- tung versehen. Sie besteht aus einem Material, das im Nahen Infrarot (NIR) , insbesondere im Wellenlängenbereich zwischen 1 und 3 μm, gegenüber dem keramischen Material der Kühlstruktur eine erhöhte hemisphärische Emissivität ε im Temperaturbereich zwischen 650 und 1000 ⁰ C aufweist. Die Beschichtung sollte vorzugsweise im Bereich des Überganges zwischen dem Ende des Entladungsgefäßes und der Abdichtung angebracht sein.

Als Beschichtungsmaterialien eignen sich hochtemperatur- feste Beschichtungen mit hemisphärischen Emissionskoeffizienten ε bevorzugt ε ≥ 0.6. Darunter fällt Graphit, Mischungen von A12O3 mit Graphit, Mischungen von A12O3 mit Carbiden der Metalle Ti, Ta, Hf, Zr, sowie von Halbmetallen wie Si. Geeignet sich auch Mischungen, die noch zu- sätzlich andere Metalle zur Einstellung eventuell gewünschter elektrischer Leitfähigkeit enthalten.

Selbstverständlich können beide Maßnahmen miteinander geeignet kombiniert werden, so dass ein Teil der Oberflä- chenabstrahlungserhöhung über eine Vergrößerung der Ober- fläche durch die flossenartige Struktur und gleichzeitig ein Teil durch die Beschichtung von Teilen dieser flossenartigen Struktur oder der angrenzenden kälteren Abdichtungsbereiche erfolgt.

Insgesamt ergeben sich eine Reihe von Vorteilen bei Ver- wendung einer flossenartige Struktur bei keramischen Entladungsgefäßen :

1. Effektive Kühlung, die punktgenau lokalisiert werden kann; 2. Verringerung des longitudinalen Wärmeflusses in die Abdichtung;

3. deutlich vergrößerte Flexibilität der Oberflächeneinstellung im Endenbereich;

4. Verringerung der Abschattungseffekte im Raumwinkelbereich der Elektrodenzuführung;

5. Einstellbarkeit effektiver lokaler Thermostatwirkung mittels relativ kleiner Oberflächenbereiche.

Diese Eigenschaften sind insbesondere für hochbelastete Formen von Entladungsgefäßen mit kleiner Gesamtoberfläche und evtl. erhöhtem Aspektverhältnis wichtig, da unter diesen Voraussetzungen eine lokale Kühlung durch Wärme- fluss über relativ große Wandquerschnittsflächen schwierig wird.

Die Gesamtmasse des Entladungsgefäßes erhöht sich durch diese Art von flossenartige Struktur nur unwesentlich und bleibt damit unter einem kritischen Wert, der das Anlaufverhalten der Lampe bei der Zündung negativ beeinflussen würde. Es gibt somit einen ausgeklügelten Kompromiss zwi- sehen guter Zündung und effektiver Kühlung. Diese Maßnahme erlaubt eine sehr hohe Farbstabilität unter der be- wussten Inkaufnahme einer schlechten Isothermie. Dies geschieht in Abkehr von der bisherigen Zielsetzung möglichst guter Isothermie und erlaubt es, die Zone der Kon- densation der Füllung exakt zu bestimmen durch bewusste Gestaltung eines Temperaturgradienten.

Die Kühlwirkung lässt sich insbesondere durch die maximale radiale Höhe der flossenartige Struktur steuern, da je nach Ansatzhöhe die Ableitung von einem anderen Temperaturniveau aus erfolgt.

Ein besonderer Vorteil einer derartigen flossenartige Struktur ist, dass sie nicht nur effektiv kühlt, sondern daß sie auch einfach herzustellen ist, wenn man moderne Fertigungsverfahren wie Spritzguss, Schlickerguss oder rapid prototyping verwendet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Die Figuren zei- gen:

Fig. 1 eine Hochdruckentladungslampe mit Entladungsgefäß;

Fig. 2 ein Detail des Entladungsgefäßes aus Figur 1 in Perspektive (Fig. 2a) und in Längsschnitt (Fig 2b) ;

Fig. 3 ein Schnitt durch den Endenbereich der Figur 2 ;

Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Endenbereichs eines Entladungsgefäßes mit Zündstrich;

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Endenbereichs eines Entladungsgefäßes mit Zünddraht;

Figur 6 ein Schnitt durch den Endenbereich der Figur 5.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Figur 1 zeigt eine Metallhalogenidlampe 1. Sie besteht aus einem rohrartigen Entladungsgefäß 2 aus Keramik, in das zwei Elektroden eingeführt sind (nicht sichtbar) . Das Entladungsgefäß hat einen zentralen Teil 5 und zwei Enden 4. An den Enden sitzen zwei Abdichtungen 6, die als Kapillaren ausgeführt sind. Bevorzugt ist das Entladungsge- faß und die Abdichtungen integral aus einem Material wie PCA hergestellt.

Das Entladungsgefäß 2 ist von einem Außenkolben 7 umgeben, den ein Sockel 8 abschließt. Das Entladungsgefäß 2 ist im Außenkolben mittels eines Gestells, das eine kurze und lange Stromzuführung 11 a und IIb beinhaltet, gehaltert. Am Brennerende sitzt jeweils eine flossenartige Struktur 10, die um die Abdichtung 6 umläuft.

Figur 2a zeigt eine flossenartige Struktur 10 in perspektivischer Ansicht in Verbindung mit einer Kapillare 6. Statt einer Kapillare kann auch ein kurzer Stopfen verwendet werden.

Figur 2b und 2c zeigt einen Längsschnitt eines Entladungsgefäßes, jeweils um 90° gedreht. Die flossenartige Struktur 10 aus vier Finnen 11 setzt integral angeformt außen im sich verjüngenden Endenbereich 5 des Entladungsgefäßes 2 an und reicht in ihrer gesamten axialen Ausdehnung LF weit in Richtung der Kapillare 6. Die Flosse oder Finne 11 hat einen Ansatz oder Brückenbereich 12 mit der axialen Länge LA, der sie mit dem Ende des Entladungsge- fäßes verbindet. Dieser Ansatz erstreckt sich im wesentlichen über das sich verjüngende Ende 5. Dabei muss der vordere, entladungsnahe Wurzelpunkt WF der Finne nicht unbedingt an der Außenwand des Mittenteils des Entladungsgefäßes ansetzen, sondern er kann auch tiefer, erst hinter dem Mittenteil, im Bereich des sich verjüngenden Endes 5, ansetzen. Der hintere entladungsferne Wurzelpunkt WH sitzt hier am Ende des sich verjüngenden Bereichs, dort wo etwa die Kapillare beginnt. Dieser hintere Wurzelpunkt WH kann auf dem Beginn der Kapillare lie- gen, insbesondere auf dem vorderen Zehntel der Länge der Kapillare. Wichtig ist, dass der hintere Wurzelpunkt WH axial mindestens 1 mm Abstand von dem Ende des Innenvolumens, hier repräsentiert durch die Stirnfläche 13, aufweist. Dieser Abstand ist in Figur 2b mit DD bezeichnet.

Insbesondere setzt der vordere Wurzelpunkt WF der flossenartigen Struktur 10 am sich verjüngenden Endenbereich an und erstreckt sich axial gesehen weiter nach außen, wobei der Brückenbereich etwa in Höhe der Kapillare endet. Der Brückenbereich kann sich noch geringfügig über die Kapillare erstrecken. Die Flosse 11 ist mit einer Hinterschneidung 15 versehen. Die Wurzel WH der Hinter- schneidung sitzt da, wo der Brückenbereich endet. Meist ist die Kante 16 der Hinterschneidung parallel zur Kapillare 6 verlaufend, so dass ihr Abstand zur Kapillare kon- stant ist, was die Fertigung erleichtert. Es ist jedoch auch möglich, dass der Abstand etwas nach außen hin zunimmt, bevorzugt ist hier ein Winkel von 1 bis 10° gegen die Achse, was die Entformung erleichtert, ohne dass die gewünschte Kühlwirkung darunter leidet, die auf einer möglichst großen Gesamtfläche pro mm Finnenlänge beruht.

Dabei ist die axiale Länge LH der Hinterschneidung möglichst so gewählt, dass sie mindestens 20% der axialen Länge LA des Ansatzes oder Brückenbereichs entspricht; bevorzugt deutlich mehr, bevorzugt liegt sie in einem Be- reich von 35 bis 150% dieser Länge, insbesondere 50 bis 110%. Auf diese Weise wird eine möglichst große abstrah- lende Fläche, nämlich die beiden Seitenflächen einer plattenartigen Finne oder Flosse 11, erzielt, die von der Ansatzlänge LA der Flosse und zudem dem Wirkungsort dieses Ansatzes entkoppelt ist. Je länger LA, desto effekti- ver ist die Kühlung im Vergleich zu der Kühlung, die eine konventionelle Flosse erzielt ohne Hinterschneidung.

Figur 2d zeigt einen Ausschnitt, der die Möglichkeit einer unterschiedlich gewählten radialen Länge LR der Flosse verdeutlicht. Hier ist eine Flosse 10 herausgegriffen, bei der gestrichelt drei verschiedene denkbare Höhen LRl, LR2 und LR3 eingezeichnet sind. Je größer LR gewählt ist, desto kürzer kann die axiale Gesamtlänge der Flosse sein, um in etwa dieselbe abstrahlende Oberfläche zu erzielen.

Eine besonders effektive Kühlung basiert gemäß Figur 3 darauf, dass die Durchführung 13 entladungsseitig vollständig in der Kapillare 6 versenkt ist, wobei sich der Elektrodenschaft 14 bis in eine Tiefe ET in die Kapillare erstreckt. Dabei wird ein Mindestabstand von 20 μm zwischen der Kapillare und dem Elektrodenschaft gewahrt, so dass sich die Füllung bis in diesen Spalt erstrecken kann. Dabei soll die hintere Wurzel WH, die gleichzeitig die Wurzel des Ansatzes der Hinterschneidung ist, noch im Bereich des Elektrodenschafts 14 liegen. Bevorzugt liegt sie im hintersten Drittel der Länge des Schaftes, von der Entladung abgewandt. Sie sollte aber eher nicht im Bereich der Durchführung 13 liegen. Diese Wurzel sollte aber noch etwas beabstandet vom hinteren Ende des Schaftes angeordnet sein, in aller Regel ist ein Abstand von 5 bis 35 % der Länge von ET gut geeignet. Dabei hat der Schaft noch im hinteren Bereich eine Wendel 17, die den Spalt minimiert. Der Elektrodenschaft hat gerade in Höhe der Zündhilfe ein verdicktes Teil 17, so dass hier der Spalt zur Kapillarenwand hin eine optimale Breite hat. Auf diese Weise wirken Zündhilfe und Kühlungsstruktur optimal zusammen.

Allgemein kann die Wurzel WH durchaus auch im sich verjüngenden Endenbereich des Entladungsgefäßes liegen. Wesentlich ist ihre Positionierung relativ zum hinteren Ende des Elektrodenschaftes.

Figur 4 zeigt eine flossenartige Struktur 10, die vor- teilhaft mit einer Zündhilfe 18 außen am Entladungsgefäß kombiniert ist. Die Zündhilfe 18 ist ein keramischer Zündstrich außen am Entladungsgefäß, der parallel zur Achse des Entladungsgefäßes verläuft. Zum Beispiel ist dies ein aufgesinterter Zündstreifen aus einem W-A12O3- Cermet. Grundsätzlich sind derartige Zündstriche vorbekannt, siehe dazu DE-A 199 01 987 und DE-A 199 11 727. der Zündstrich 18 erstreckt sich von einer flossenartige Struktur 10 an einem ersten Ende des Entladungsgefäßes bis zur flossenartige Struktur 10 am zweiten Ende. Der Zündstrich 18 beginnt und endet gerade in der Nähe der Wurzel WH einer Flosse, und er läuft am Fuß der Flosse 11 den Brückenbereich 12 entlang, so dass der Zündstrich in diesem Bereich gewissermaßen von der Flosse 11 geschützt ist gegen eine Beschädigung bei der Montage.

Schließlich ist es auch möglich, die flossenartige Struktur 10 mit einem Zündhilfsdraht 20 zu kombinieren, siehe Figur 5 und auch Figur 3. Dabei wird der Zünddraht 20 quasi zu einer Schleife geformt, die in die Hinterschnei- dung 21 der Flosse 11 in der Nähe der hinteren Wurzel eingepasst ist, wodurch sie zugleich fixiert ist. Auf diese Weise wirken Kühlungsmechanismus und Zündungsmechanismus optimal zusammen. Dabei kann die Spaltbreite der Hinterschneidung vorteilhaft gerade so gewählt werden, dass der Zündhilfsdraht der Spaltbreite bzw. ggf. auch die Drahtdicke der Spaltbreite angepasst ist. Damit wird der korrekte Sitz des Drahtes an der effektivsten Stelle für eine Zündung gewährleistet und auch eine Fixierung ist nicht gesondert nötig. Es kann sogar der Draht mit entsprechenden Kerben versehen werden, um ihn in dem Kranz der Flossen 11 einer Struktur 10 bestmöglich zu arretieren .

Figur 6 zeigt eine Draufsicht Figur 6a und Detaildarstellung Figur 6b auf ein Entladungsgefäß 30, bei dem die Abdichtung durch eine Kapillare realisiert ist. Dabei sind vier Flossen 31 gleichmäßig um den Umfang verteilt. Jede Flosse 31 hat eine anfängliche Wandstärke Wl im Bereich des vorderen Wurzelpunkts WV. Die Wandstärke der Flosse 31 verjüngst sich nach hinten zu einer Wandstärke W2, die nur noch 40 bis 80% der Wandstärke Wl beträgt. Die Ober- kante 32 der Flosse ist leicht abgeschrägt.

Würde man statt der flossenartige Struktur eine ringartige Struktur verwenden, wäre zwar der Kühleffekt auf der Oberflächenzone des Brennergefäßes gleichmäßiger, aber die abstrahlende Oberfläche wäre relativ gesehen erheb- lieh kleiner und eine Kombination mit einer Zündhilfe wäre dann nicht sinnvoll. Eine Zündhilfe wäre bei einer ringartigen Struktur eher hinderlich.

Bevorzugt beträgt die radiale Höhe LR der plattenartigen Flosse 11 mindestens 50 % der Differenz zwischen Kapilla- re und maximalem Außenradius des Mittenbereichs des Entladungsgefäßes .

Dabei sollte der Abstand zwischen den Flossen bevorzugt mindestens dem Drei- bis Fünffachen der mittleren Wand- stärke entsprechen. Die mittlere Wandstärke WM einer Flosse sollte insbesondere maximal 1/10 des Umfangs betragen, bezogen auf den maximalen Außenradius des Entladungsgefäßes. Dies soll sicherstellen, dass die Abstrahlung der einen Flosse nicht die nächstliegende Flos- se aufheizt.

Im Falle einer axial variablen Wandstärke ist trotzdem eine mittlere Wandstärke definiert. Beispielsweise gilt im Fall der Figur 6 WM = (Wl+W2)/2.

Die Flossen sind in aller Regel plattenartig, da sie dann am einfachsten herstellbar sind. Es sind jedoch kompliziertere Strukturen der Flosse nicht ausgeschlossen. Die Flossen sind im wesentlichen plattenartig gestaltet sind mit einer axialen Länge LF = LA+ LH und mit einer maximalen Höhe LR. Sie können insbesondere auch terrassenartig abgestuft sein mit unterschiedlichen Höhen LR von Teilabschnitten .

Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:

1. Hochdruckentladungslampe mit einem keramischen längs- gestreckten Entladungsgefäß mit einer Achse und mit einem zentralen Mittenteil und zwei sich verjüngenden Enden und einer Achse, wobei die Enden durch Abdichtungen, die bevorzugt als Kapillaren ausgeführt sind, verschlossen sind, wobei Elektrodensysteme in den Ab- dichtungen verankert sind, wobei eine Füllung, die Metallhalogenide enthält, im Entladungsgefäß untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem sich verjüngenden Ende eine aus mindestens drei Flossen bestehende flossenartige Struktur sitzt, die einen Ansatz mit einem vorderen Wurzelpunkt direkt am Entladungsgefäß besitzt und mit einem hinteren Wurzelpunkt, von dem aus sich eine Hinterschnei- dung in Richtung der Abdichtung erstreckt, wobei die axiale Länge des Ansatzes LA gewählt ist und wobei die axiale Länge LH der Hinterschneidung mindestens 30% von LA beträgt.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Flossen im wesentlichen plat- tenartig gestaltet sind mit einer axialen Länge LF = LA+ LH und mit einer maximalen Höhe LR.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die axiale Länge LH 80% bis 180% von LA beträgt.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Elektrodensystem einen Schaft und eine Durchführung aufweist, wobei der Schaft über eine Länge ET bis in die Kapillare reicht, wobei zwischen Schaft und Kapillare ein Spalt verbleibt und wobei der hintere Wurzelpunkt im Bereich der Länge ET liegt .

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass der hintere Wurzelpunkt im hinteren Drittel der Länge ET liegt. 6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass am Entladungsgefäß eine Zündhilfe angebracht ist, die lokal an einem Elektrodensystem eine hohe zur Zündung ausreichende elektrische FeId- stärke erzeugt.

7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zündhilfe ein Zündstrich ist, der sich axial außen am Entladungsgefäß erstreckt und in der unmittelbaren Nähe des hinteren Wurzelpunktes endet.

8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Zündhilfe ein Zündhilfsdraht ist, der eine Schlaufe bildet, die in der Hinter- schneidung fixiert ist.