氣體放電燈的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種包括布置在石英玻璃外殼(12)中的放電管(11)的氣體放電燈(1)，該氣體放電燈(1)包括在外殼(12)的局部化變形(20)的下表面(21)和放電管(11)的外表面(23)上的對(duì)應(yīng)隔離區(qū)域(22)之間的局部熱面接觸(2)。本發(fā)明還描述了一種制造氣體放電燈(1)的方法，該方法包括以下步驟：將放電管(11)布置在石英玻璃外殼(12)中；形成外殼(12)的局部化變形(20)，以在局部化變形(20)的下表面(21)和放電管(11)的外表面(23)上的對(duì)應(yīng)隔離區(qū)域(22)之間形成局部熱面接觸(2)。
【專利說明】氣體放電燈
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明描述了一種氣體放電燈以及制造氣體放電燈的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)度氣體放電(HID)燈用于其中需要非常明亮、緊湊和強(qiáng)烈的光源的應(yīng)用。例如，HID燈用于機(jī)動(dòng)車前照明的應(yīng)用，這是因?yàn)樗鼈兛捎糜诋a(chǎn)生滿足相關(guān)規(guī)定的明亮的前光束。HID燈包括可由玻璃或陶瓷制成的封閉放電管(或“內(nèi)泡”)的外殼(或“外泡”)，在放電管中布置著橫跨短間隙彼此面對(duì)的兩個(gè)電極。在工作期間，形成放電電弧。由燈產(chǎn)生的光的質(zhì)量可取決于放電管中的填充氣體組合物。金屬鹵化物用于改善燈的發(fā)光效率并且控制光的色點(diǎn)。在工作期間，可容易地達(dá)到超過5000開爾文的等離子體溫度和大于1000開爾文的壁溫，特別是對(duì)于具有在幾MPa的范圍內(nèi)的壓強(qiáng)的小HID燈來說。由于放電管中的對(duì)流，放電管上部中的壁溫比下部中的高。燈性能很大程度上取決于這些溫度，并且需要總體高溫以維持燈中的金屬鹵化物的最小壓強(qiáng)。
[0003]過高的壁溫會(huì)損壞石英玻璃管，這是因?yàn)樽畛醴蔷B(tài)的石英再結(jié)晶。結(jié)果，石英玻璃變得不透明。放電管的石英玻璃的再結(jié)晶可在約1400K的范圍內(nèi)的溫度下發(fā)生并且通常集中在放電管的最熱區(qū)域中，例如在水平地保持的燈中的放電管的上側(cè)。在燈的壽命期內(nèi)，再結(jié)晶損壞導(dǎo)致整體光通量下降。更重要的是，再結(jié)晶改變了從燈發(fā)出的光的分布并由此增加了光源的表觀尺寸，使得較少的光可被封閉燈的光學(xué)系統(tǒng)中的周圍光學(xué)器件收集。對(duì)于機(jī)動(dòng)車燈來說，這實(shí)際上意味著頭燈在路面上投射較少的光。此外，損壞了的石英意味著燈壽命縮短。
[0004]另一方面，不足的壁溫允許填充氣體的金屬鹽在燈中的最冷點(diǎn)處(通常在放電管的下部中)冷凝，使得這些鹽不再以氣相存在。結(jié)果，光輸出下降。
[0005]因此，燈設(shè)計(jì)由于用來確保金屬鹵化物填充物的最小蒸氣壓的最小壁溫與用來防止損壞放電管的最大壁溫的沖突的要求而變得困難。然而，通常非常難以獨(dú)立地調(diào)整頂部和底部溫度，例如，在不同時(shí)降低底部溫度的情況下不能降低放電管頂部處的溫度。對(duì)于具有更小且更緊湊的設(shè)計(jì)參數(shù)的現(xiàn)有的燈設(shè)計(jì)來說，尤其是這樣。例如，如果期望增加光輸出，則這通常通過升高放電管的下部中的最冷點(diǎn)溫度來實(shí)現(xiàn)。遺憾的是，這通常也增加放電管的最熱部分中的石英溫度，從而導(dǎo)致再結(jié)晶并最終導(dǎo)致燈的流明維持率的相應(yīng)惡化。
[0006]在規(guī)避這些問題的一些嘗試是基于熱量能從放電管傳遞到外泡(在這里熱量被耗散)的原理。外泡尺寸通常被設(shè)計(jì)成使得其與內(nèi)泡間隔開小的一致的距離，例如在放電管的最寬點(diǎn)處測(cè)量的最多幾毫米的間隙。通常，在放電管和外泡之間的熱傳遞的效率取決于內(nèi)泡和外泡之間的間隙。由間隙的寬度以及在外泡和內(nèi)泡之間的任何氣體填充物(稱為“外泡填充氣體”)的熱導(dǎo)率給定的該間隙的熱導(dǎo)通常遠(yuǎn)低于相鄰的內(nèi)泡和外泡的體材料的熱導(dǎo)。原則上，通過使用具有高熱導(dǎo)率的外泡填充氣體(例如，氖)可實(shí)現(xiàn)從內(nèi)泡到外泡的熱傳遞。然而，這樣的熱傳遞將在燈的整個(gè)周邊上發(fā)生，使得放電管的溫度總體上將降低。這對(duì)金屬鹵化物的壓強(qiáng)具有負(fù)面影響。一種嘗試將熱傳遞限制到特定區(qū)域(諸如在放電管的最熱部分上的區(qū)域)的方式可能是將(通常球形或橢球形的)放電管布置成非?？拷谕馀莼蛏踔两佑|外泡。然而，以這種方式實(shí)現(xiàn)的較小的間隙被限制為幾何的點(diǎn)或線，并且所產(chǎn)生的局部熱傳遞將不是很有效。此外，這樣的燈設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)起來復(fù)雜并且因此也更昂貴，這是因?yàn)樵谥圃爝^程中必須采取附加步驟以實(shí)現(xiàn)放電管在外泡中的偏心定位。
[0007]因此，本發(fā)明的目的是提供一種避免上述問題的改善的氣體放電燈。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈和根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造氣體放電燈的方法來實(shí)現(xiàn)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，氣體放電燈包括布置在石英玻璃外殼中的放電管，并且氣體放電燈包括在外殼的局部化變形的下表面和放電管的外表面上的對(duì)應(yīng)隔離區(qū)域之間的局部熱面接觸。
[0010]術(shù)語“局部熱面接觸”應(yīng)理解為在基本上平面的區(qū)域上的局部熱接觸而不是局部熱點(diǎn)接觸或局部熱線接觸，由此熱接觸用來將熱量從一主體傳遞到另一主體，在這種情況下從放電管到外殼。術(shù)語“下表面”應(yīng)理解為是指局部化變形的下側(cè)，也就是被施加到放電管的外表面或與放電管的外表面接觸的那個(gè)表面。術(shù)語“隔離區(qū)域”應(yīng)理解為是指具有明確限定的單個(gè)邊界或周邊的相對(duì)小的島狀區(qū)域，放電管和外泡之間的間隙在該區(qū)域上顯著地小于在放電管的剩余部分上。局部熱面接觸因此僅影響放電管的外表面的限定或隔絕區(qū)域，并且應(yīng)該清楚熱面接觸不圍繞放電管延伸。為了實(shí)現(xiàn)與放電管的外表面的局部熱面接觸，外殼的局部化變形朝著放電管延伸到外殼中。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是隔離區(qū)域和局部化變形的下側(cè)之間的間隙在顯著的平面區(qū)域上而不是僅在點(diǎn)或線上延伸，并且在該面接觸上的熱傳遞的效率與以上所述的已知的點(diǎn)接觸或線接觸相比大大地增加。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的燈的優(yōu)點(diǎn)是通過局部熱面接觸放電管的上壁上的熱負(fù)荷能有效地傳遞到外泡并最終傳遞到燈的外部。這允許在調(diào)整燈參數(shù)時(shí)更多的自由。例如，如果在燈的通常壽命期間期望增加光輸出，則可利用根據(jù)本發(fā)明的燈實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這是因?yàn)樵陧攤?cè)處的較高溫度被在局部熱面接觸上的熱傳遞降低，燈的流明維持率在燈的正常壽命期間保持有利地高。替代地，局部熱面接觸可用來防止放電管中的溫度達(dá)到會(huì)發(fā)生再結(jié)晶的水平，從而改善具有正常光輸出的燈的流明維持率并提高其壽命。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，制造氣體放電燈的方法包括以下步驟:將放電管布置在石英玻璃外殼中；以及形成外殼的局部化變形，以便在局部化變形的下表面和放電管的外表面上的對(duì)應(yīng)隔離區(qū)域之間形成局部熱面接觸。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性。不需要改變放電管或外殼的初始設(shè)計(jì)。相反，這些部件可以通常的方式制造。形成外殼的局部化變形的步驟可在燈已在成熟的制造過程中被組裝之后進(jìn)行。
[0015]從屬權(quán)利要求和后續(xù)描述公開了本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例和特征。進(jìn)一步的實(shí)施例可通過將以下所述的各種實(shí)施例的特征組合而得出。在一個(gè)權(quán)利要求類別的上下文中描述的特征可以同等地適用于另一權(quán)利要求類別。
[0016]在下文中，在不以任何方式限制本發(fā)明的情況下，假定氣體放電燈或“燃燒器”具有石英玻璃放電管和石英玻璃外泡，一對(duì)電極沿縱向軸線布置成橫跨短間隙彼此面對(duì)。此夕卜，假定燈在工作期間大體上保持在水平位置，使得放電電弧是水平的，其中電弧的最高部分并且因此也是最熱區(qū)域朝著放電管的頂部，并且最冷溫度朝著放電管的底部。在不以任何方式限制本發(fā)明的情況下，以下假定燈是金屬鹵化物無汞氙HID燈，例如用于機(jī)動(dòng)車目的的D4燈。
[0017]如以上所提及的，放電管中的等離子體在工作期間達(dá)到非常高的溫度，并且對(duì)流力導(dǎo)致在放電電弧上方的較熱的等離子體區(qū)域和在放電電弧下方的相對(duì)較冷的等離子體區(qū)域的形成。熱等離子體加熱封閉的放電管，并且放電管的上部區(qū)域相應(yīng)地比下部區(qū)域更熱。該最熱區(qū)域或“熱點(diǎn)”因此是最易受再結(jié)晶損壞的區(qū)域。因此，在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，外殼的隔離區(qū)域是在氣體放電燈的工作期間放電管的最熱的區(qū)域。對(duì)于其中放電電弧基本上在放電管的中央形成的水平地保持的燈來說，從上方觀察，隔離區(qū)域優(yōu)選地基本上在放電管的上表面的中間。
[0018]局部化變形可具有任何合適的形狀。例如，局部化變形可形成為沿外殼的裂縫型。然而，特別是對(duì)于機(jī)動(dòng)車應(yīng)用來說，用于形成前光束的光源的圖像優(yōu)選地不經(jīng)受任何可識(shí)別的變形。因此，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，外殼的局部化變形包括延伸進(jìn)外殼的內(nèi)部中的外殼的局部化凹陷。以此方式，可在(等離子體上方的)放電管的最熱區(qū)域之間形成具有最小光學(xué)畸變的局部熱面接觸。因此，對(duì)于水平地保持的燈的示例來說，局部化凹陷或“凹痕”優(yōu)選地形成在外殼的上側(cè)中。利用具有延伸到外殼的上表面中的外殼的局部化凹陷的這樣的燈的實(shí)驗(yàn)在對(duì)應(yīng)的光源圖像中僅顯示出非常微小的變形，并且該變形不減損前光束的質(zhì)量。
[0019]局部熱面接觸由兩個(gè)物體(在這種情況下為放電管和外殼)之間的表面接觸形成。局部熱面接觸可在放電管的隔離區(qū)域上通過粘結(jié)形成。替代地，如果放電管和外殼這兩者由例如石英玻璃的相同材料制成，則局部熱面接觸可在隔離區(qū)域上通過熱熔合兩個(gè)主體的玻璃而形成。然而，實(shí)驗(yàn)表明，可通過在局部化變形的下側(cè)和隔離區(qū)域之間的緊密物理表面接觸來獲得非常有效的熱傳遞，而無需任何粘結(jié)或熔合，例如當(dāng)外泡填充有用來在間隙上有效地傳遞熱量的氣體時(shí)。由于主體形成接觸但仍是單獨(dú)的實(shí)體，它們由“間隙”間隔開，不過是微小的“間隙”;并且熱面接觸的緊密度可表示為距離，不過是小的距離。由于這樣的間距基本上可忽略不計(jì)，以下將稱之為“微間距”。在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，局部熱面接觸包括在局部化變形的下表面和放電管的外表面上的隔離區(qū)域之間的最多20 μ m、更優(yōu)選地最多10 μ m、最優(yōu)選地最多1.0Mffl的微間距。當(dāng)這些表面被這樣的微間距間隔開時(shí)，有效地形成表面接觸，這是因?yàn)闊崃靠膳c這些表面被粘結(jié)或熔合時(shí)幾乎一樣有效地從放電管傳遞到外殼。在下文中，應(yīng)當(dāng)理解的是，局部熱面接觸在其中局部化變形的下表面與放電管上的隔離區(qū)域間隔開最多20 μ m(其還可表示為20X 10_6m或20微米)的微間距的區(qū)域上形成。
[0020]為了從放電管向外殼然后向燈的外部有效地傳遞盡可能多的熱量，相對(duì)大的局部熱面接觸是有利的。因?yàn)橥鈿ず头烹姽苁腔旧蠌澢闹黧w，局部化變形的下表面也可包括曲面，由此該曲面可至少部分地遵循放電管的曲率。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，局部化變形的下表面包括基本上平面的表面。下面將解釋可形成這樣的平面表面的方式。
[0021]面接觸可包括若干較小的接觸區(qū)域，例如由共同地用來從放電管向外殼傳遞熱量的兩個(gè)相鄰的局部化變形形成的兩個(gè)相鄰的接觸區(qū)域。然而，優(yōu)選地形成單個(gè)局部化變形以產(chǎn)生單個(gè)接觸區(qū)域。
[0022]為了允許有效的熱傳遞，局部化變形的下表面應(yīng)尺寸設(shè)計(jì)成使得熱能可從放電室的壁有效地傳遞到外殼的壁。如上文所述，熱傳遞的效率還在很大程度上取決于局部凹陷和隔離區(qū)域的表面之間的“間隙”的大小。在開發(fā)根據(jù)本發(fā)明的燈的過程中，可以在隔離區(qū)域和凹陷之間可靠地獲得在僅幾十微米的范圍中的非常近的間距，并且據(jù)觀察熱量非常有效地從隔離區(qū)域傳遞到凹陷。因此，對(duì)于這樣可忽略不計(jì)的間隙來說，局部化變形的下表面和因此局部熱面接觸優(yōu)選地包括至少0.5mm2的面積。
[0023]局部化變形的下表面(即局部熱面接觸的形狀，并且因此也是隔離區(qū)域的形狀)可具有任何合適的形狀。然而，與放電電弧之上的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的放電管上的“熱點(diǎn)”可以是基本上圓的。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，局部化變形的下表面包括基本上圓形的形狀。利用這樣的形狀，局部熱面接觸的輪廓可覆蓋大部分或甚至全部“熱點(diǎn)”，從而獲得有利地有效熱傳遞。優(yōu)選地，局部化變形的下表面包括至少0.5mm的接觸半徑。這里，術(shù)語“接觸半徑”應(yīng)理解為與放電管接觸的局部化變形的下側(cè)或下表面的平均半徑。
[0024]局部化變形可以非常簡(jiǎn)單的方式形成。例如，外殼可被加熱以至少軟化其中將形成局部化變形的區(qū)域。例如窄鈍棒的合適形狀的工具可用于向內(nèi)推壓軟玻璃，從而形成與放電管的表面接觸的凹部。然而，因?yàn)榫植炕冃斡脕韷嚎s外殼和放電管之間的空間中的任何氣體，在該空間中的壓強(qiáng)可用來升高或提升局部化變形的下表面，使其再次遠(yuǎn)離隔離區(qū)域，從而增加微間距并且降低局部熱面接觸的有效性。因此，在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例中，制造燈的方法包括用低于大氣壓的壓強(qiáng)下的外部氣體填充物填充石英玻璃外殼的步驟。因此，在外殼中形成的任何凹陷不會(huì)再次被頂回去。
[0025]局部熱面接觸可包括在局部變形的下表面和放電管的外表面上的隔離區(qū)域之間的熔融石英粘合。為了形成這樣的粘合，可使用激光器局部地加熱局部化變形的下表面和/或放電管的隔離區(qū)域。然而，這樣的技術(shù)可能是成本高昂的或耗時(shí)的。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，形成外殼的局部化變形的步驟包括僅加熱外殼的一部分直到受熱部分軟化，其中該受熱部分位于對(duì)應(yīng)于“熱點(diǎn)”的放電管的區(qū)域上方。當(dāng)外泡的石英玻璃的這個(gè)區(qū)域軟化時(shí)，軟化部分被外殼和放電管之間的空間中的氣體的負(fù)壓朝放電管上的隔離區(qū)域吸入或抽入。在該方法中，放電管保持相對(duì)冷使得不會(huì)發(fā)生這樣的粘合，但是負(fù)壓的力足以確保具有所需的最多20微米的非常小的微間距的非常緊密的接觸。
[0026]可通過高分辨率X射線吸收成像來研究局部熱面接觸的相關(guān)幾何性質(zhì)，即接觸半徑和間隙的寬度。如果根據(jù)本發(fā)明的燈橫向地成像并且對(duì)圍繞燈軸線的不同的旋轉(zhuǎn)角度拍攝多幅圖像，則可清楚地觀察到局部熱面接觸的形狀。可使用該方法估計(jì)間隙的寬度，但是使用光學(xué)方法，例如通過使診斷激光束反射離開局部化變形的下表面和離開隔離區(qū)域并分析反射強(qiáng)度和角度以推斷間隙區(qū)域，對(duì)間隙和對(duì)接觸的本質(zhì)(熔融的、粘合的、有限的間隙)的更準(zhǔn)確評(píng)估是可能的。
[0027]局部熱面接觸的有效性可在外殼的表面處直接測(cè)量，這是因?yàn)闊崃繌膬?nèi)部中的放電管傳遞到該外表面并且升高了那里的局部溫度。例如，在水平地工作的燈的情況中，可用高溫計(jì)沿著沿外殼的上表面貫穿外殼的長(zhǎng)度的縱向軸線測(cè)量溫度。對(duì)于常規(guī)的燈來說，沿該軸線的溫度將在與燈的中心相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)處達(dá)到最大值并且朝外端穩(wěn)定地減小。例如，對(duì)于D4 HID燈來說，在中心處已觀察到約900K的溫度，該溫度在距離中心IOmm處降低至約700K。對(duì)于修改成具有根據(jù)本發(fā)明的局部熱面接觸的相同的燈來說，中心(即，局部化變形的中心)處的溫度明顯更高，這表明熱量從放電管有效地傳遞到外殼。在局部化變形的中心中觀察到的這種溫度的增加與面接觸的接觸半徑和微間距直接相關(guān)。優(yōu)選地，實(shí)現(xiàn)局部熱面接觸使得局部變形的中心區(qū)域中的溫度比在不具有這樣的局部化變形的相同燈上的相同位置處將測(cè)量到的溫度高至少60K、更優(yōu)選地至少70K、最優(yōu)選地至少80K。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的D4燈來說，在凹痕或局部化變形的中心中已測(cè)量到接近1000K的溫度，這表明從放電管到外殼(經(jīng)由凹痕)的熱傳遞為最有效的。局部熱面接觸的有效性還可用其它術(shù)語表示，例如以其傳熱系數(shù)、其熱導(dǎo)，其熱阻等術(shù)語。優(yōu)選地，局部熱面接觸尺寸設(shè)計(jì)成獲得與最多200開爾文/瓦的熱阻相對(duì)應(yīng)的至少5毫瓦/開爾文(mW/K)的熱導(dǎo)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的具有再結(jié)晶區(qū)域的氣體放電燈；
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的具有局部熱面接觸的氣體放電燈；
圖3示出圖2的燈的外殼的簡(jiǎn)化呈現(xiàn)；
圖4示出圖2的燈的放電管的簡(jiǎn)化呈現(xiàn)；
圖5示出圖2的局部熱面接觸的簡(jiǎn)化軸向橫截面；
圖6示出在參考燈和多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的燈的上內(nèi)壁處的計(jì)算溫度的曲線圖；
圖7示出參考燈和根據(jù)本發(fā)明的燈的外泡溫度分布的曲線圖；
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的燈和參考燈的整體流明維持率的曲線圖。
[0029]貫穿附圖，相同的標(biāo)記表示相同的對(duì)象。圖中的對(duì)象，特別是與局部熱面接觸有關(guān)的對(duì)象或尺寸未必按比例繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0030]圖1不出具有布置在外殼12中的放電管11的現(xiàn)有技術(shù)氣體放電燈10。一對(duì)電極14突出到放電管11中。為了減輕歸因于在工作期間獲得的高溫的熱機(jī)械應(yīng)力，電極14通常通過封閉在放電管11的收縮端中的平的鑰箔15連接到外部引線17。在工作期間，在電極頂端之間形成放電電弧16。由于對(duì)流和放電電弧的等離子體本質(zhì)，放電管11的上部區(qū)域中的溫度比放電管11的下部區(qū)域中的高。由于介紹部分提及的原因，下部管區(qū)域中的高的壁溫是期望的，因?yàn)檫@確保等離子體中存在足夠的金屬鹽，以便可實(shí)現(xiàn)高光輸出。因?yàn)樯喜繀^(qū)域中的壁溫始終比下部區(qū)域中的高，這意味著上部區(qū)域中所達(dá)到的非常高的溫度在該區(qū)域中最終導(dǎo)致可見的再結(jié)晶?！白儼住钡氖⒉Ａ?dǎo)致光的總體損耗、在應(yīng)用中可收集的光的損耗以及更短的燈壽命。這種變白的區(qū)域在圖中由交叉影線區(qū)域R指示。
[0031]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的氣體放電燈I。該燈I的構(gòu)造與圖1的燈10的基本上相同。然而，根據(jù)本發(fā)明的燈I具有由外殼12的變形形成的局部熱面接觸2，使得在外部管12的內(nèi)表面和放電管11的外表面之間的小區(qū)域上形成物理接觸。圖3是圖2的燈的外殼12的簡(jiǎn)化呈現(xiàn)，示出外殼12中的“凹痕”20，該凹痕20延伸到外殼12的內(nèi)部中。局部熱面接觸2確保熱量可從放電管11非常有效地傳遞到燈I的外泡12上的區(qū)域，熱量在該區(qū)域耗散?？赏ㄟ^沿虛軸線X測(cè)量溫度來顯示熱傳遞的有效性，該軸線X沿著外部管11的外表面延伸并平分凹痕20。隨后將借助于圖7來說明這一點(diǎn)。
[0032]圖4示出圖2的燈的放電管11的簡(jiǎn)化呈現(xiàn)。外殼12僅用虛線來示意性地指示。圖4示出由外殼12的局部化變形20接觸的相對(duì)小的隔離區(qū)域22。在該圖中，隔離區(qū)域22基本上是圓的，與圖3所示的基本上圓形的凹痕一致。圖5示出圖3的凹痕的簡(jiǎn)化的放大橫截面(在該圖的左手側(cè)上)，當(dāng)凹痕20的下表面21與圖4的隔離區(qū)域22相遇或形成表面接觸(在該圖的右手側(cè)上)時(shí)該凹痕形成局部熱面接觸2。局部熱面接觸2有效地包括凹痕下側(cè)21和隔離區(qū)域22的共用表面區(qū)域。隔離區(qū)域22僅包括放電管11的外表面23的一小部分。局部熱面接觸2的“大小”可用接觸半徑Rc來表示，這是因?yàn)榛旧蠄A形的凹痕20將與放電管11上的基本上圓形的隔離區(qū)域22接觸。雖然放電管11的主體本身是基本上圓柱形或橢圓形的并具有相應(yīng)地彎曲的外表面23，但是在隔離區(qū)域22上的局部熱面接觸2如此小，以致于隔離區(qū)域22的形狀也可被認(rèn)為是基本上圓形的。
[0033]放電管中的等離子體溫度可容易地達(dá)到幾千開爾文的水平。圖6示出針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的燈的熱面接觸的各種實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)有技術(shù)的燈而計(jì)算的上內(nèi)壁溫度(以開爾文計(jì))的曲線圖，上內(nèi)壁是再結(jié)晶風(fēng)險(xiǎn)最高的放電管的最熱部分。參考燈的溫度由水平線Stl給出，這是因?yàn)閰⒖紵粼谄渫鈿ず推浞烹姽苤g不具有任何局部熱面接觸。根據(jù)基于可靠的有限元熱模型的計(jì)算，這樣的燈的上內(nèi)壁溫度為約1400K。在根據(jù)本發(fā)明的燈中，局部熱面接觸用來將熱量從放電管傳輸?shù)娇珊纳崃康耐鈿ぁ崦娼佑|的有效性與凹痕的下側(cè)的接觸半徑和熱面接觸的間隙的緊密度直接相關(guān)。在下文中，表達(dá)“在yum的微間距上具有X mm的接觸半徑的局部熱面接觸”應(yīng)理解為是指這樣的局部熱面接觸:其中，局部化變形的下表面具有X _的半徑并且局部化變形的下表面和放電管之間的間隙平均為y y m。第一曲線S1*出具有0.5mm接觸半徑的局部熱面接觸的上內(nèi)壁溫度。如曲線圖所示，在LOym(IOcVm)的間距處可獲得約1340K的最大上內(nèi)壁溫度。隨著凹痕下側(cè)和隔離區(qū)域之間的表面接觸變得更緊(表面被更緊密地“壓”在一起)，溫度進(jìn)一步降低，使得對(duì)于約10_3μπι或0.0Olym的可忽略不計(jì)的間距來說達(dá)到僅約1310Κ的有利溫度。曲線S2、S3示出分別具有1.0mm和
1.5mm接觸半徑的局部熱面接觸的計(jì)算的上內(nèi)壁溫度的圖線。對(duì)于具有1.0mm接觸半徑的局部熱面接觸(曲線圖S2)來說，對(duì)于1.0 μ m的微間距，上內(nèi)壁溫度可降低至約1300K。對(duì)于具有1.5mm接觸半徑的局部熱面接觸(曲線圖S3)來說，對(duì)于相同的微間距，上內(nèi)壁溫度可降低至約1265K。對(duì)于機(jī)動(dòng)車燈來說，具有在1.0_ - 1.5_范圍內(nèi)的接觸半徑的局部熱面接觸為外殼提供了非常有利的熱傳輸，而相對(duì)小的接觸半徑意味著最小或甚至可忽略不計(jì)的光學(xué)畸變，使得用這樣的燈產(chǎn)生的光束模式的質(zhì)量與參考燈相當(dāng)。然而，與參考燈對(duì)t匕，根據(jù)本發(fā)明的燈可表現(xiàn)出更長(zhǎng)的壽命和改善的流明維持率，如已經(jīng)指出的那樣。第四曲線S4示出具有2.0mm接觸半徑的局部熱面接觸的溫度。這里，對(duì)于1.0ym的微間距來說可達(dá)到僅約1225K的降低了的上內(nèi)壁溫度。然而，雖然具有非常有利的熱傳輸，但這樣的燈可能由于外殼中的凹痕的相對(duì)大的接觸半徑而表現(xiàn)出不利程度的光學(xué)畸變。
[0034]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的D4燈和參考D4燈的外泡溫度分布的曲線圖。除了本發(fā)明的燈的局部熱面接觸以外，這兩種燈是相同的。每個(gè)燈的外部溫度Tffi(以開爾文計(jì))沿著沿外殼的頂部外表面的虛線測(cè)量，如以上圖3所述。曲線圖DMf示出從外殼的外部區(qū)域朝中心穩(wěn)定地增加的溫度，其中“中心”是在放電電弧上方的點(diǎn)。在中心的任一側(cè)上約IOmm處，外殼的外部上的溫度為約700K。在更靠近中心移動(dòng)時(shí)，溫度穩(wěn)定地升高，在中心處達(dá)到約925K。曲線圖D示出根據(jù)本發(fā)明的具有局部熱面接觸的D4燈的外部溫度分布，該局部熱面接觸具有約0.5mm的接觸半徑和在該局部熱面接觸上最多IOym的微間距，其中以與參考燈相同的方式測(cè)量溫度。再次參見圖3，“中心”在這種情況下與凹痕的中部重合。該曲線圖D也示出了在中心的任一側(cè)上約IOmm處的約700K的溫度。該溫度可被認(rèn)為是基準(zhǔn)溫度，因?yàn)樗鼘?duì)于常規(guī)燈和本發(fā)明的燈兩者來說是相同的。然而，由于在局部熱面接觸上的有效的熱傳遞，凹痕區(qū)域中的外部管被非常熱的放電管加熱，使得在虛線的中心(即，凹痕的中心)處的溫度達(dá)到約990K的最大值。參看圖6的曲線圖，對(duì)于具有約ΙΟμπι的微間距的局部熱面接觸來說，放電管的最熱部分處的溫度包括僅約1320Κ。在該較低的溫度下，放電管的石英玻璃的再結(jié)晶大大地減少，使得燈的壽命延長(zhǎng)，并且燈的光輸出可在燈的壽命期間維持在有利地高的水平。替代地，由于通過局部熱面接觸而使有利的熱傳遞變得可能，可在更高的溫度下驅(qū)動(dòng)燈以在與常規(guī)燈相當(dāng)?shù)膲勖趦?nèi)提供更高的光輸出，常規(guī)燈會(huì)因這樣的高溫而損壞。
[0035]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的燈和參考燈的流明維持率(以百分比計(jì))的曲線圖。對(duì)兩種燈來說，燈尺寸、電極尺寸和填充氣體組合物是相同的，且唯一的不同在于根據(jù)本發(fā)明的燈的局部熱面接觸。對(duì)于本文所討論的類型的氣體放電燈來說，通常由新燈(常規(guī)地限定在15小時(shí)的初始燃燒階段之后)實(shí)現(xiàn)最高的光輸出或100%的光輸出。此后，觀察到光輸出下降至初始光輸出的約90%，這很大程度上是由于金屬鹵化物填充物的化學(xué)變化。最后，參考燈的放電管中的溫度引起再結(jié)晶發(fā)生，使得流明輸出在燈的壽命期內(nèi)進(jìn)一步下降。對(duì)于在這些測(cè)量中使用的參考燈來說，流明維持率在工作3000小時(shí)之后下降到約80%。相比之下，根據(jù)本發(fā)明的燈能在相同的時(shí)間跨度內(nèi)維持其光輸出，如曲線圖M所示。該曲線圖M還示出該類型的燈的流明維持特性的初始下降，但可以觀察到，一旦流明維持率已下降到90%的水平，就在至少2000小時(shí)的工作時(shí)間內(nèi)保持接近該水平。該有利的性能是由于經(jīng)由局部熱面接觸的有效的熱傳遞，其有效地防止放電管的頂部過多受熱并因此基本上避免再結(jié)晶和隨后的“變白”，使得石英玻璃放電管的透明性或透射率不受負(fù)面影響。
[0036]雖然已經(jīng)以優(yōu)選實(shí)施例及其變型的形式公開了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)其進(jìn)行許多附加的修改和變型。
[0037]為清楚起見，應(yīng)當(dāng)理解，在本申請(qǐng)全文中“一個(gè)”或“一種”的使用不排除多個(gè)，并且“包括”不排除其它步驟或元件。對(duì)單個(gè)“單元”或“模塊”的引用不排除多個(gè)單元或模塊。
【權(quán)利要求】
1.一種包括布置在石英玻璃外殼中的放電管(11)的氣體放電燈(I)，所述氣體放電燈(I)包括在所述外殼(12)的局部化變形(20)的下表面(21)和所述放電管(11)的外表面(23)上的對(duì)應(yīng)隔離區(qū)域(22)之間的局部熱面接觸(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈，其中，所述隔離區(qū)域(22)包括在所述氣體放電燈(I)的工作期間為最熱的所述放電管(11)的區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燈，其中，所述外殼(12)的所述局部化變形(20)包括所述外殼(12)中的凹陷(20)，所述凹陷(20)延伸到所述外殼(12)的內(nèi)部中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的燈，其中，所述局部化變形(20)的所述下表面(21)包括基本上平面的表面。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的燈，其中，所述局部化變形(20)的所述下表面(21)包括至少0.5mm2的面積。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的燈，其中，所述局部化變形(20)的所述下表面(21)包括基本上圓形的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燈，其中，所述局部化變形(20)的所述下表面(21)包括至少0.5mm的接觸半徑。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的燈，其中，所述局部熱面接觸(2)包括位于所述局部化變形(20)的所述下表面(21)和所述放電管(11)的所述外表面(23)上的所述隔離區(qū)域(22)之間的最多20 μ m、更優(yōu)選地最多10 μ m、最優(yōu)選地最多1.0Mm的間距。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的燈，其中，所述局部熱面接觸(2)具有小于200開爾文/瓦的熱阻。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的燈，其中，所述氣體放電燈是具有石英玻璃外殼(12)和石英玻璃放電管(11)的金屬鹵化物高強(qiáng)度氣體放電燈(I)。
11.一種制造氣體放電燈(I)的方法，所述方法包括以下步驟: 將放電管(11)布置在石英玻璃外殼(12)中； 形成所述外殼(12)的局部化變形(20)以在所述局部化變形(20)的下表面(21)和所述放電管(11)的所述外表面(23)上的對(duì)應(yīng)隔離區(qū)域(22)之間形成局部熱面接觸(2)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括用低于大氣壓的壓強(qiáng)下的外部氣體填充物填充所述石英玻璃外殼(12)的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，形成所述外殼(12)的局部化變形(20)的步驟包括將熱量施加到所述石英玻璃外殼(12)的一部分直到受熱部分軟化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述軟化的受熱部分變形以壓靠所述放電管(11)的所述外表面(23)的所述隔離區(qū)域(22)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中所述局部熱面接觸(2)的尺寸設(shè)計(jì)成使得在所述局部化變形(20)的中心區(qū)域中的所述外殼(12)的所述外表面上測(cè)量的第一溫度比將在不包括這樣的局部熱面接觸的相當(dāng)?shù)臒羯系膶?duì)應(yīng)位置處測(cè)量的溫度高至少60K、更優(yōu)選地高至少70K、最優(yōu)選地高至少80K。
【文檔編號(hào)】H01J61/52GK103548113SQ201280024685
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月24日
【發(fā)明者】U.赫奇特菲斯徹, H.吉伊塞 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司