Brevet FR2537340A1 — publié le 19840608

"Lampe à décharge". L'invention concerne une lampe à décharge propre à être utilisée dans un réflecteur comme lampe pour projecteur dans des véhicules, lampe à décharge qui comporte une ampoule en verre de quartz présentant une enceinte à décharge allongée, dans laquelle une électrode est disposée près de chacune des extrémités électrodes à partir desquelles des entrées de courant traversent une fermeture étanche au vide de l'enceinte à décharge, alors que l'enceinte à décharge est munie d'un remplissage de gaz ionisable Une telle lampe est connue du brevet allemand 2 043 179. L'utilisation d'une lampe à décharge dans les projecteurs de voiture est intéressante, étant donné le rendement élevé que pré- sentent des lampes à décharge, comparativement aux lampes à incandes- cence utilisées en pratique Toutefois, la lampe connue présente l'inconvénient de l'étendue de ltarc à décharge, parce qu'il faut une source lumineuse compacte pour l'obtention d'un bon faisceau de lu- mière De plus, dans le cas d'application dans des projecteurs de voiture, la lampe à décharge doit être disposée de façon que son tra jet à décharge soit pratiquement horizontal Par suite de cette dis- position, l'arc à décharge gauchit vers le haut Toutefois, il en résulte une influence très désavantageuse sur le faisceau lumineux formé par les phares Notamment pour les lampes destinées à former un faisceau code pour véhicules, de concert avec un réflecteur, une vitre et un écran assurant le blindage d'une partie de réflecteur, il importe que l'arc à décharge soit concentré (non diffus) et au moins approximativement droit. Or, l'invention vise à fournir une lampe à décharge déli- vrant un arc à décharge au moins approximativement droit, concentré à l'état de fontionnement horizontal et présentant un rendement élevé. Conformément à l'invention, ce but est atteint avec une lampe à décharge du genre mentioné dans le préambule du fait que le remplissage gazeux contient du gaz rare, du mercure et de l'halogénu- re métallique, que l'épaisseur de paroi t de l'ampoule mesurée au milieu entre les électrodes est de 1,5 à 2,5 mm, que le diamètre D de l'ampoule au milieu entre les électrodes est de 1 à 3 mm, que la dis- tance d comprise entre les-sommets des électrodes est de 3,5 à -2- 6 mm, que la distance 1 sur laquelle les électrodes font chacune saillie dans l'ampoule est de 1,5 à 2,5 mm, et que la quantité de mercure, A en mg, dans l'ampoule répond à la formule, 0,002 (d+ 4 1) D exp 2,4 A 40,2 (d+ 4 1) D exp (i/3) formule dans laquelle D, d et 1 sont exprimés en mm. On a constaté que l'arc de cette lampe à décharge est con- centré, au moins approximativement droit, et fournit un rendement élevé Au centre, entre les électrodes, l'arc à décharge présente un diamètre qui ne dépasse pas environ 1,5 mm A ce sujet, par " 1 diamè- tre"l, il y a lieu d'entendre la distance comprise entre deux endroits diamétralement opposés de l'arc, situés au milieu entre les électro- des o l'intensité lumineuse est de 20 % de l'intensité maximale de l'arc Ce petit diamètre illustre le caractère concentré, non diffus, de l'arc De plus, au centre entre les électrodes, l'axe géométrique de l'arc à décharge est décalé de moins de 0,5 mm par rapport à la ligne droite imaginaire reliant les points d'action de l'are sur lés électrodes. Ces propriétés de l'arc à décharge s'obtiennent par l'en- semble de dispositions par lesquelles la lampe conforme à l'invention se distingue de la lampe connue décrite dans le préambule Dans le cas de plus grandes quantités de mercure que la quantité définie, l'arc à décharge est courbé, alors que dans le cas de plus petites quantités, le rendement est faible et la lampe est inutilisable Même dans le cas de plus grandes valeurs de D, l'arc à décharge est courbé et non concentré, alors qu'avec de plus petites valeurs que la valeur définie, le rendement est faible et la lampe inutilisable par suite de pertes thermiques On a constaté que les halogénures métalliques sont insuffisamment évaporés, de sorte que le rendement de la lampe est trop faible lorsque les électrodes font saillie dans l'ampoule sur une plus grande distance 1 que la distance définie, alors qu'avec une plus petite distance, le verre de l'ampoule est exposé à une charge thermique inadmissiblement élevée L'épaisseur de paroi t est d'importance pour les températures de- l'ampoule Dans le cas de plus faibles épaisseurs que les valeurs indiquées, il existe de grandes différences de température sur la périphérie de l'ampoule Du côté supérieur l'ampoule présente à l'extérieur une température plus éle- vée que celle à laquelle résiste le verre, alors que du côté infé- -3- rieur, l'ampoule présente une température trop basse Si ltépaisseur de paroi de l'ampoule dépasse la valeur maximale, toute l'ampoule acquiert une température trop basse pour présenter un rendement convenable Tant dans le cas de plus grandes que de plus petites valeurs de d, il ne s'avère pas possible de former un bon faisceau code avec la lampe. Comme gaz d'amorçage la lampe contient un gaz rare, par exemple de l'argon, du krypton, du xénon ou leurs mélanges, sous une pression de 3000 Pa ou d'une valeur plus élevée A titre d'exemples d'halogénures métalliques pouvant être utilisés, on peut mentionner les iodures des terres rares, de scandium, de thorium; de métal al- calin, d'étain, de thallium, d'indium et de cadmium et les mélanges d'iodures, comme l'iodure de scandium, l'iodure de thorium et l'iodu- re de sodium Ils augmentent le rendement de la lampe et confèrent à la décharge du mercure une meilleure couleur, moins bleuâtre, et un meilleur rendu des couleurs, ce qui est d'importance pour l'observa- tion et l'interprétation de panneaux de signalisation Dans le cas d'une tension de fonctionnement d'environ 80 à 120 V, la lampe consom- me une puissance d'environ 20 à 50 W. En en ce qui concerne la forme de l'enceinte à décharge, la lampe conforme à l'invention peut être comparée plus ou moins avec la lampe du brevet des Etat-Unis d'Amérique 3, 259,777 Toutefois, les lampes décrites dans ce brevet présentent des propriétés différentes, qui les rendent impropres à l'application aux projecteurs de-voiture. Les lampes consomment des puissances élevées même très élevées, de sorte que le flux lumineux engendré ne peut être utilisé De plus, ces lampes connues ne contiennent pas de mercure et l'arc à décharge est relativement diffus. En revanche, la demande de brevet britannique 2 000 637 décrit des lampes à décharge dans de l'halogénure métallique conte- nant du mercure et un gaz rare, consommant une puissance inférieure à 250 W Selon cette demande, l'enceinte à décharge doit être ovoïdale ou sphérique et cet espace est de préférence plus large par rapport à sa longueur à mesure que la puissance de la lampe est plus faible. Dans le cas d'une puissance de 30 W, l'enceinte à décharge de la lam- pe décrite est même sphérique La paroi de l'ampoule est en outre mince On a constaté que cette lampe connue de faible puissance présente un arc à décharge qui est inadmissiblement courbé pour l'application aux projecteurs. La lampe conforme à l'invention peut être munie d'un culot afin de pouvoir être placée comme lampe échangeable dans un projec- teur, muni d'un réflecteur et-d'une vitre avant Afin d'éviter des réflexions, la lampe ne présente de préférence pas d'ampoules exté- rieures Une autre possibilité consiste à réunir la lampe avec un réflecteur et une vitre avant en une unité De par son arc concentré au moins pratiquement droit, la lampe convient notamment pour former un faisceau code par application d'un écran s'étendant à côté du tra- jet entre les électrodes et assurant ainsi le blindage d'une partie de réflecteur Un tel écran peut être constitué par une substance céramique. Du fait que la lampe conforme à l'invention présente une luminance très élevée dépassant plusieurs fois celle d'une lampe a incandescence à l'halogène, il suffit d'utiliser unréflecteur pré- sentant une assez petite surface réflectrice pour obtenir les fais- ceaux normalisés usuels Ainsi, il est possible d'appliquer un ré- flecteur si aplati que la vitre avant n'a qu'une hauteur de quelques centimètres, par exemple 5 centimètres Il en résulte l'avantage que le nez d'un véhicule auquel peut être appliquée la lampe conforme à l'invention peut être plus bas, de sorte que le véhicule présente moins de résistance à l'air. D'une fa Qon générale, l'enceinte à décharge de la lampe conforme à l'invention est essentiellement en forme de cylindre de révolution bien qu'elle puisse se rétrécir vers les extrémités de l'ampoule Dans les formes de réalisation présentant le reste d'un queusot, ce dernier se trouve, si possible, dans la proximité d'une électrode Mkme si le reste de queusot se trouve entre les électro- des, ce reste est réduit autant que possible afin d'éviter la forma- tion d'un endroit froid, tout comme l'agrandissement du volume de l'ampoule par suite de ce reste de queusot Pour déterminer la quan- tité de mercure contenue dans la lampe, le diamètre interne D de l'ampoule est mesuré dans un-plan passant-par l'axe géométrique-de l'ampoule, plan dans lequel ne se trouve pas le reste du queusot. L'ampoule présente une paroi relativement épaisse, ce qui permet d'obtenir une température plus homogène sur la périphérie de la lam- -5- pe Sur toute la longueur de l'enceinte à décharge l'épaisseur de paroi de l'ampoule peut être égale, mais d'autre part, elle peut être plus petite près des extrémités de l'enceinte à décharge Comme dans lesdites lampes connues, les fermetures étanches au vide de l'ampoule sont en général de faibles dimensions transversales, afin de limiter les pertes thermiques A l'endroit des fermetures, les entrées de courant peuvent être formées par des feuilles métalliques mais dans une forme de réalisation avantageuse étant données les faibles dimensions transversales de la fermeture elles sont constituées par du fil métallique. Les descriptions ci-après, en se référant aux dessins an- nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien om- prendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente en coupe longitudinale une lampe; La figure 2 représente en coupe une autre forme de réalisa- tion d'une lampe; La figure 3 représente une vue latérale d'une lampe munie d'un culot. La figure 4 représente ue coupe longitudinale d'une unité de lampe-réflecteur, la lampe étant en vue latérale. La lampe représentée sur la figure 1 présente une ampoule en verre de quartz tubulaire 1 dans chacune de ses extrémités est disposée une électrode 2 Sur la figure, l'électrode peut être un fil de tungstène thorié, mais-l'éleètrode peut également être constituée par un fil de tungstène enroulé hélico Mdalement sur un fil Des en- trées de courant 4, 3 s'étendent à partir des électrodes à travers une fermeture étanche au vide 5 de L'ampoule vers l'extérieur Sur la figure, les entrées de courant sont constituées chacune par une feuille métallique 4, en tungstène ou en molybdène, et un fil 3, en général en molybdène Sur la figure, la fermeture étanche au vide 5 est un pincement Toutefois, une autre possibilité consiste dans une fermeture obtenue par fusion du verre de quartz avec un fil revêtu de verre de quartz Dans ce cas, le fil réunit en soi les fonctions de l'électrode 2, de la feuille 4 et du fil 3. Le diamètre interne de l'ampoule 1 au milieu entre les électrodes 2 est indiqué par D; la distance comprise entre les som- -6- mets des électrodes 2 par d, la distance sur laquelle les électrodes font chacune saillie dans l'ampoule par 1 et l'épaisseur de la-paroi de l'ampoule 1, mesurée au milieu entre les électrodes par t. L'ampoule est remplie d'un mélange de gaz rare, de mercure et d'halogénure métallique. Exemple Un exemple d'une lampe conforme à l'invention présentant la forme selon la figure 1 est caractérisé par les valeurs suivantes: D = 2,5 mm ( 1 4 D 3 mm) d = 4,5 mm ( 3,5 d Z 6 mm) 1 = 1,0 mm ( 0,5 41 Z 1,5 mm) t = 1,75 mm ( 1,5 4 t 42,5 mm) A = 1,8 mg ( 0,002(d+ 4 1)) exp 2 _A0,2 (d+ 4 ) Dexp ( 1/3), argon: pression de remplissage 53 500 Pa. Mélange d'iodure de sodium, d'iodure de scandium, d'iodure de thorium: 1 mg. Rapport molaire des iodures: 94,5: 4,4 1,1. La lampe fonctionnait en position horizontale sous une tension de 100 V, 7 k Hz et consommait une puissance de 35 W Le flux lumineux de la lampe était de 2500 lm L'arc à décharge présentait un diamètre de 1 emu au milieu entre les électrodes et son axe géométrique était décalé à cet endroit de 0,4 mm par rapport à la ligne droite imaginaire reliant les points d'action de l'arc aux électrodes qui présentaient un diamètre de 350 Lum. Sur la figure 2, les pièces correspondantes présentent un chiffre de référence supérieur de 5 à celui de la figure 1 L'encein- te ( à décharge) dans l'ampoule 6 est ici allongée et en forme de tonneau. Sur la figure 3, la lampe 11 présente un culot 12 et un écran 13 qui s'étend à c 6 té du trajet entre les électrodes et lorsque la lampe est placée dans un réflecteur, cet écran assure les blinda- ges d'une partie de ce dernier de façon à former un faisceau code. Sur la figure 4, la lampe 11 est placée, ensemble avec un écran 13 dans un réflecteur 14 muni d'une vitre avant 15 Le réflec- teur est courbé de façon parabolique, mais ses faces supérieure et inférieure sont coupées planes Les coupes sont réalisées de façon -7- que l'axe optique du réflecteur sur lequel est montée la lampe se situe audessous de la moitié de la hauteur du réfleteur La partie du réflecteur située au-dessous de l'axe optique est en majeure par- tie blindée par l'écran 13 Par suite de la disposition géométrique- ment asymétrique de la lampe, pour la hauteur de réflecteur donnée, une assez grande surface réflectrice est active pour la formation d'un faisceau code. Une fois montée dans un réflecteur selon la figure, la lampe de l'exemple décrit ci-dessus, présentant une hauteur totale de 5 cm, fournit un très bon faisceau code. -8- REVENDICATIONS: 1 Lampe à décharge propre à être utilisée dans un réflecteur comme lampe pour projecteur dans les véhicules, lampe à décharge qui comporte une ampoule en verre de quartz présentant une enceinte à décharge allongée, dans laquelle une électrode est disposée près de chacune de ses extrémités, électrodes à partir desquelles des entrées de courant traversent une fermeture étanche au vide de l'enceinte à décharge, alors que l'enceinte à décharge est munie d'un remplissage de gaz ionisable, caractérisée en ce que le remplissage gazeux con- tient du gaz rare, du mercure et de l'halogénure métallique, que l'é- paisseur de paroi t de l'ampoule mesurée au milieu entre les électro- des est de 1,5 à 2,5 mm, que le diamètre D de l'ampoule au milieu entre les électrodes est de I à 3 mm, que la distance d comprise en- tre les sommets des électrodes est de 3,5 à 6 mm, que la distance 1 sur laquelle les électrodes font chacune saillie dans l'ampoule est de 1,5 à 2,5 mm, et la quantité de mercure, A en mg, dans l'ampoule répond à la formule, 0,002 (d+ 4 1) D exp 2 A 0,2 (d+ 4 1) D exp ( 1/3), formule dans laquelle D, d et 1 sont exprimés en mm. 2 Lampe à décharge selon la revendication 1 munie d'un eulot et d'un écran s'étendant à C 8 té du trajet entre les éleetrodes. 3 Lampe à décharge selon la revendication 1, munie d'un ré- flecteur, d'une vitre avant et d'un écran assurant le blindage d'une partie du réflecteur