Technisches Gebiet

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

Stand der Technik

5 Aus der US 5 811 933 und US 6 919 686 ist eine Hochdruck ^¬ entladungslampe mit keramischem Entladungsgefäß bekannt, bei der eine Zündhilfe verwendet wird. Die Zündhilfe ist ein sog. UV-Enhancer.

Weitere UV-Enhancer sind beispielsweise in US 5,942,840 10 und EP 1 298 706 beschrieben. UV-Enhancer sind bereits bekannt, sie werden bei Hochdruckentladungslampen auf Quarz- oder Keramikbasis verwendet. Normalerweise wird der UV-Enhancer in der Nähe des Entladungsgefäßes innerhalb des Außenkolbens positioniert.

15 Im Gegensatz dazu sind aus EP 554 619 speziell für elekt ^¬ rodenlose Hochdruckentladungslampen auch Starter bekannt, bei denen es darum geht, mit Hilfe von Halogeniden, die leicht verdampfen, die Entladung im Starter nach dem Durchbruch der eigentlichen Entladung durch elektronega-

20 tive Komponenten wieder zum Verlöschen zu bringen.

In EP 1 298 706 wird Jod als Quelle einer zusätzlichen UV-Emission verwendet, neben den bekannten Edelgasen wie Ar, Kr, oder Xe . Dabei ist ein Zusatzeffekt, dass , wenn die Lampe heiß ist und nicht zünden kann, das verdampfte Jod im UV-Enhancer eine Entladung unterbindet und damit das Bauteil schont, was vorzeitige Alterung vermeidet. Erst wenn das Jod abgekühlt ist, wird wieder ein Start möglich .

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, deren Zündung zuverlässig erfolgt.

Dies gilt insbesondere für Metallhalogenidlampen, wobei das Material des Entladungsgefäßes Quarz oder Keramik ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merk ^¬ male des Anspruchs 1.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Für die zuverlässige Zündung von Krypton85-freien Hoch ^¬ druckentladungslampen wird UV-Strahlung eingesetzt. Diese wird häufig durch UV-Enhancer bereitgestellt. Für eine zuverlässige Zündung aller Hochdruckentladungslampen ist UV-Strahlung im Wellenlängenbereich < 280 nm erforder- lieh. Eine untere Schwelle von ca. 160 nm ergibt sich aus dem Transmissionsbereich des Entladungsgefäßes (Quarz oder Keramik) . Zur Lösung dieses Problems sind vor allem quecksilberhaltige UV-Enhancer mit Strahlung im o.g. Be ^¬ reich, insbesondere bei einer Wellenlänge von 254 nm zum Einsatz gekommen. Zur Reduzierung des Quecksilbergehaltes in Hochdruckentladungslampen sind UV-Enhancer ohne Quecksilber mit entsprechender UV-Emission notwendig. Für die Zündung von Hochdruckentladungslampen müssen freie Elektronen im Entladungsgefäß erzeugt werden. Bis ^¬ her wurde dies durch radioaktive Elemente wie Krypton85 im Füllgas oder thoriumhaltige Elektroden gelöst. Auch Feldüberhöhungen durch metallische Zündhilfen (z.B. US 6,198,223) sind insbesondere bei Keramik ohne Natriumdif ^¬ fusion möglich. Eine weitere Lösung ist UV-Strahlung (z.B. Quarztechnologie: US 6,806,646; US 7,301,283; Kera ^¬ miktechnologie: US 5, 811, 933; US 5, 942, 840; US 6, 806, 646) .

Bei UV-Enhancern mit zwei Elektroden sind weitere Bauele ^¬ mente, wie z.B. ein Kondensator (US 4,987,344) oder noch komplexere Ansteuerungen (US 4,721,888) notwendig, um den Strom durch den UV-Enhancer zu begrenzen. Daher haben sich die UV-Enhancer durchgesetzt, die nur eine Elektrode haben und eine dielektrisch behinderte Entladung nutzen. Diese UV-Enhancer sind kostengünstig und können bei ein ^¬ seitig gesockelten Lampen direkt kontaktiert werden. Es sind keine zusätzlichen Bauteile erforderlich. Die Gegen- elektrode wird von außen an das Entladungsgefäß des UV- Enhancers gebracht. Möglich sind einfache Lösungen, wie z.B. das Anlegen an den Draht oder auch komplexere Lösungen wie ein metallischer Ring oder ein metallisches Stanzteil (W02010131574A1 ) . US 5, 990, 599 führt sogar ei- nen zusätzlichen Außenkolben unter einem metallischen Ring ein. In der Patentliteratur werden auch elektrodenlose UV-Enhancer vorgestellt (z.B. US 4,812,714A), bei denen beide Elektroden gegenüberliegend außen an dem UV- Enhancer anliegen. Neben dem sehr häufig genutzten quecksilberhaltigen UV- Enhancer (US 4,818,915A) gibt es Patente zu einem mit Ar- gon gefüllten UV-Enhancer (US 5,323,087A, US 5,397,259A), die aber kaum Strahlung im Bereich < 280 nm liefern. Ein weiteres Patent beschreibt einen quecksilberfreien UV- Enhancer (EP 1 298 706) auf Basis einer Xe-, Kr- oder Ar- Gasfüllung mit Jod-Zusätzen.

Die Ausführungen in den folgenden Absätzen beschreiben alternative quecksilberfreie Gasfüllungen, mit denen UV- Strahlung im geforderten Wellenlängenbereich erzeugt werden kann. Ein quecksilberfreier UV-Enhancer mit Strahlungsanteilen < 280 nm kann mit einer Excimer-Gasfüllung realisiert werden. Eine untere Schwelle für die Wellenlänge ergibt sich aus dem Transmissionsbereich des Entladungsgefäßes (Quarz oder Keramik) . Quarz erreicht eine sehr hohe Transmission für Wellenlängen > 180 nm. Die Transmission von Quarz sinkt bis ca. 160 nm stark ab. Quarz ist für Wellenlängen kleiner 160 nm undurchlässig, so dass Gase zur Erzeugung von UV-Strahlung bei Wellenlängen < 160 nm ausgeschlossen werden können. Das Gefäß des UV-Enhancers kann aus Quarz oder einem an ^¬ deren UV-durchlässigem Glas bestehen. Auch Lösungen mit einem UV-Enhancer, bei dem das Entladungsgefäß aus Kera ^¬ mik besteht, sind möglich.

Die Elektroden können zweiseitig, wie z.B. in den Paten- ten US 4,987,344A und US 6,392,343B1 dargestellt, einge ^¬ quetscht werden. Eine kapazitive Beschaltung in Serie zum UV-Enhancer stellt dann sicher, dass nur ein geringer Um- ladestrom und kein Leitungsstrom durch den UV-Enhancer fließt. Es ist auch möglich, den UV-Enhancer elektroden- los wie in US 4,812,714A dargestellt, zu realisieren. Die Hauptanwendung wird aber in der Realisierung mit einer Elektrode gesehen, bei der die zweite Elektrode von außen herangeführt wird und eine dielektrisch behinderte Entla ^¬ dung erzeugt wird (z.B. US 5,323,087A). Es sind Gasfüllungen in den UV-Enhancern möglich, die auf Strahlung unter Beteiligung der Halogene Cl, Br, oder F beruhen. Diese haben den Vorteil gegenüber Jod, dass sehr viel Strahlungsleistung im für die Zündung effektiven UV- Bereich emittiert wird. Mögliche Strahlungsbildner sind Halogen-Dimere ( F2 * 158 nm mit Strahlungsanteilen >160 nm, C I 2 * 259 nm, Br ₂ * -> 289 nm mit Strahlungsanteilen <280nm) oder Edelgas- Halogen- Excimere (ArCl* -> 175 nm, KrCl* -> 222 nm, ArF* - 193 nm, KrF* -> 249 nm, ArBr* -> 165 nm, KrBr* -> 207 nm) . Aus fertigungstechnischer Sicht und aus Gründen der Funktion sind insbesondere die Kombinationen interessant, die durch gasförmige Komponenten erzielt werden können, was einen weiteren Vorteil gegenüber Jod oder Quecksilber bietet. Dazu zählt reines Chlorgas Cl ₂ sowie z.B. auch Verbindungen von Halogenen mit Wasserstoff HCl, HBr, oder auch gasförmige h a 1 o genisierte Kohlenwasserstoff- Verbindungen wie z.B. CH ₃ C I , CHsBr bzw. bei Raumtemperatur flüssige halogenisierte Kohlenwasserstoff- Verbindungen mit hinreichendem Dampfdruck wie z.B. CH ₂ C1 ₂ , CHC I 3 oder CH ₂ Br ₂ , CHBr ₃ . Auch halogenisierte Sila- ne (z.B. H ₂ Cl ₂ Si oder SiCl ₄ ) sowie Oxide (C10 ₂ , OF ₂ ) oder Nitrosylverbindungen (NOF, NOC1) sind möglich.

Fluor kann durch Verbindungen wie NF ₃ , SF ₆ oder ₂ F ₄ eingebracht werden. Fluorkohlenwasserstoffe (z.B. CH ₃ F oder CF ₄ ) sind ebenfalls geeignet. Elementares Brom Br ₂ , Flusssäure HF und reines Fluorgas F ₂ sind so reaktiv, dass sie nur mit stark erhöhtem Auf ^¬ wand verwendet werden können. Eine Anwendung von Br ₂ ist wegen des ätzenden Verhaltens nur in einem UV-Enhancer ohne Elektroden (siehe z.B. US 4,812,714A) möglich.

Es ist bekannt, dass Fluor Glas angreift. Daher können die oben genannten Fluor-Verbindungen bevorzugt nur in einem keramischen UV-Enhancer eingesetzt werden oder in einem beschichteten Glaskolben. Zur Erzeugung der UV-Strahlung der Halogen-Dimere CI ₂ * , Br ₂ * und F ₂ * ist eine Füllung des UV-Enhancers mit 100% Chlorgas und der anderen oben genannten gasförmigen Halogenverbindungen sowie Verbindungen mit hinreichendem Dampfdruck möglich. Aber auch bei Zugabe von sortenreinen oder gemischten Edelgasen (Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon) kann die Halogen-Dimer Strahlung erzeugt werden .

Zur Erzeugung der Edelgas-Halogen Excimere ArCl*, KrCl*, ArF*, KrF*, ArBr* und KrBr* werden die gasförmigen Halo- genverbindungen mit den entsprechenden Edelgasen gemischt. Auch hier können unter Umständen Kombinationen von Edelgasen hinzugemischt werden.

Der Druck des Füllgases im UV-Enhancer liegt im Bereich 1 mbar bis 1 bar. Die Intensität der erzeugten UV-Strahlung steigt typischerweise mit dem Fülldruck, so dass eine Obergrenze für den Druck sich aus der Zündspannung der UV-Enhancer ergibt, die auf die Zünd- und Betriebsgeräte der Lampe ausgelegt werden muss. Auch Krypton85-freie Lampen können mit Hilfe eines derar ^¬ tigen UV-Enhancers zuverlässig gezündet werden.

Im Vergleich zum Patent US 4,818,915A, welches Quecksilber im UV-Enhancer einsetzt, ist die hier vorgestellte technischen Lehre umweltfreundlicher.

In US 5,323,087 wird Argon als Gas angegeben. Dieses emittiert im interessanten Spektralbereich kaum UV- Strahlung. Der hier vorgestellte UV-Enhancer emittiert UV-Strahlung sehr viel stärker und ist deshalb wirksamer, was sich in einer verbesserten Maintenance der Lampen äußert .

Das Gefäß des Enhancers wird normalerweise aus Quarzglas hergestellt. Eine Metallfolie o.a., die als eine Elektro ^¬ de fungiert, befindet sich im vom Gefäß umgebenen Hohl- räum und wird durch einen Metall-Draht mit dem ersten eigentlichen potentialgebenden Elektrodensystem bzw. Bügeldraht verbunden. Eine zweite Elektrode wird außer ^¬ halb des Gefäßes positioniert, so dass die Anordnung eine dielektrisch behinderte Entladung ermöglicht (Elektrode- Gasraum-Dielektrikum-Elektrode) . Als äußere Elektrode eignet sich z.B. ein Metalldraht, eine schmale Metallfolie oder auch ein geformtes metallisches Stanzteil (WO2010131574A1) . Diese Elektrode ist mit dem zweiten eigentlichen potentialgebenden Elektrodensystem bzw. Bügeldraht verbunden.

Der Fülldruck des Gases (kalt) sollte zwischen 1 mbar und 1000 mbar liegen.

Im Prinzip ist auch die Realisierung von UV-Enhancern mit zwei Elektroden möglich, auch der Einbau von weiteren Bauelementen, wie z.B. ein Kondensator (US 4,987,344) oder noch komplexere Ansteuerungen (US 4,721,888) ist möglich, um den Strom durch den UV-Enhancer zu begrenzen. Im allgemeinen haben sich aber UV-Enhancer durchgesetzt, die nur eine Elektrode haben und eine dielektrisch behinderte Entladung nutzen. Diese UV-Enhancer sind relativ preiswert. Die Gegenelektrode wird von außen an das Ent ^¬ ladungsgefäß gebracht.

Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer nume- rierten Aufzählung sind:

1. Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfe, mit einem Entladungsgefäß, das in einem Außenkolben unterge ^¬ bracht ist, wobei das Entladungsgefäß zwei Enden auf ^¬ weist, in denen Elektroden befestigt sind, wobei ein Gestell das Entladungsgefäß in dem Außenkolben hal- tert, wobei als Zündhilfe ein UV-Enhancer im Außen ^¬ kolben untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass der UV-Enhancer einen UV-transparenten Behälter aufweist, wobei der Behälter einen Hohlraum um- schließt, der mit einem Gas gefüllt ist, das UV-

Strahlung abstrahlen kann, wobei das Gas eine halo- genhaltige Verbindung von Chlor, Brom und/oder Fluor aufweist oder bilden kann, die beim Start der Lampe im Bereich 160 bis 280 nm UV-Strahlung emittiert.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass der UV-Enhancer eine einzige Elektrode im Hohlraum aufweist. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass die halogenhaltige Verbindung ein Halogengas ist, das Dimer-Strahlung emittiert. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Behälter außerdem mindestens eines der Edelgase Kr oder Ar enthält und die Füllbe ^¬ dingungen so gewählt sind, dass Edelgas-Halogen- Excimer-Strahlung entsteht. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die halogenhaltige Verbindung eine

Halogen-Wasserstoff erbindung oder eine halogenisier- te KohlenwasserstoffVerbindung ist. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass die halogenhaltige Verbindung eine bei Raumtemperatur flüssige halogenisierte Kohlenwas ^¬ serstoffVerbindung mit hinreichend hohem Dampfdruck ist, der zumindest dem der Verbindungen CH2X2 oder CH3X entspricht. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die halogenhaltige Verbindung ein halogenisiertes Silan, ein Halogenoxid, oder eine Nitrosylverbindung oder eine gasförmige Fluorverbindung mit Stickstoff oder Schwefel ist. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die einzige Elektrode durch einen

Stift, Folie oder Stift mit Folie im Hohlraum reali ^¬ siert ist. 9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass das Entladungsgefäß eine Metallha- logenid-haltige Füllung aufweist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Fig. 1 eine Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfe, sehe matisch;

Fig. 2 ein Behälter eines UV-Enhancers mit Füllung in ke ramischer Ausführungsform (Figur 2a) und Glaskap sel-Form (Figur 2b) .

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

In Figur 1 ist eine Metallhalogenidlampe 1 schematisch gezeigt, bei der ein Entladungsgefäß 2 aus PCA in einem Außenkolben 3 aus Quarzglas enthalten ist, der mit einem Sockel 4 abgeschlossen ist. Das Entladungsgefäß 2 hat zwei Enden, an denen Kapillaren 5 sitzen.

Das Entladungsgefäß 2 ist mit einer Metallhalogenidfül- lung versehen, wie an sich bekannt. Es ist im Außenkolben 3 mittels eines Gestells 6 gehaltert, das einen kurzen Gestelldraht 7 und einen langen Bügeldraht 8 aufweist. Auf einer ersten Kapillare 5 oder in enger Nähe dazu sitzt ein UV-Enhancer 10, der mit dem kurzen Gestelldraht 7 über eine Zuleitung 11 verbunden ist. Figur 2a zeigt im Detail einen Behälter 12 des UV- Enhancers 10. Der Behälter 12 ist im Prinzip ein dosen- oder tassenartiges keramisches Rohr mit Seitenwand 13, Bodenteil 14 und Kuppel 15. Der Behälter kann auch anders geformt sein und er kann auch aus Glas gefertigt sein. Wesentlich für die Erfindung ist, dass der Behälter eine Füllung aus Halogengas, oder auch Halogengas kombiniert mit Edelgas, insbesondere einem Penninggemisch oder Argon, aufweist. Der Behälter 12 weist einen rohrartigen Hohlraum 17 auf, in den von einer Seite, dem Kuppelbereich 15 der Dose, eine Elektrode 18 hineinragt. Die Elektrode ist im Deckel 15 abgedichtet, beispielsweise mittels Glaslot. Die ande ^¬ re Seite der Dose, der Bodenbereich 14 der Dose, ist transparent verschlossen bzw. aus transparenter Keramik gefertigt. Die im UV-Enhancer 10 während der Zündung erzeugte UV-Strahlung kann durch die transparente Keramik, ggf. insbesondere durch einen besonders transparenten Bo ^¬ den oder ein transparentes Fenster im Boden, den Behälter verlassen und so in das Entladungsgefäß 2 gelangen und dort die Füllung ionisieren. Dabei ist der besonders transparente Boden 14 so ausgerichtet, dass er in Rich ^¬ tung hin zum Entladungsgefäß zeigt.

Der Hohlraum 17 muss in jedem Fall groß genug sein, um die einzige Elektrode 18 aufzunehmen, wobei der UV- Enhancer nach dem Prinzip der dielektrisch behinderten Entladung arbeitet.

Die Elektrode 18 ist ein Stift oder auch bevorzugt eine Folie, meist aus W oder Mo. Sie hat am äußeren Ende 19 einen Kontaktdraht 11 angesetzt, siehe Figur 1. Die Elektrode 18 wird in den Hohlraum 17 eingeführt. Dann wird ein Füllgas in den Hohlraum 17 eingefüllt und der Hohlraum, insbesondere mit Glaslot, verschlossen.

Alternativ ist gemäß Figur 2b der Behälter einfach eine Kapsel 20 aus Quarzglas mit transparenter Kuppel 21. Am anderen Ende der Kapsel befindet sich eine Quetschung 22. Dort endet die Zuleitung 23. Sie ist mit einer Folie 24 verbunden, die sich als einzige Elektrode bis in den Be ^¬ hälter, also den Innenraum der Kapsel 20, erstreckt. Die Folie 24 kann insbesondere auch gezackte Ränder aufwei ^¬ sen. Im Innenraum ist wieder Gas eingefüllt.

Ein konkretes Ausführungsbeispiele der Füllung ist ein UV-Enhancer, beispielsweise vom Typ wie in US 5,323,087, beschrieben, bei dem als Füllgas Krypton mit einer 0,5 vol-% Beimischung von Chlorgas Cl ₂ eingesetzt wird. Der UV-Enhancer zeigt starke UV-Strahlung der Excimer-Linie KrCl* bei einer Wellenlänge von 222 nm. Der Kaltfülldruck liegt im Bereich 500 - 700 mbar.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines UV-Enhancers wird mit Krypton und einer 1% Beimischung von Dibrommethan (CH2Br2) realisiert, der bei der Excimer-Linie KrBr* bei einer Wellenlänge von 207 nm strahlt. Der Kaltfülldruck liegt im Bereich 80 - 120 mbar.