DE102005016048B4

DE102005016048B4 - Metallhalogenidlampe mit einer ionisierbaren Füllung enthaltend mindestens ein Inertgas, Quecksilber und Metallhalogenide von Tl, Na, Li, Dy, Ho und Tm

Info

Publication number: DE102005016048B4
Application number: DE102005016048.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Genz Andreas
Original assignee: Ledvance GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2005-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2025-04-08
Also published as: DE102005016048A1; CA2541754A1; US7511430B2; US20060226784A1; JP3122590U

Abstract

Metallhalogenidlampe mit warmweißer Lichtfarbe, umfassend:
- einen gasgefüllten Außenkolben (12) aus Hartglas oder Quarzglas
- ein Entladungsgefäß (2) aus Quarzglas mit zwei Elektroden (3) darin, und
- einer ionisierbaren Füllung mit:
-- mindestens einem Inertgas,
-- Quecksilber, und
-- Metallhalogeniden, wobei die Füllung als Metalle für diese Metallhalogenide umfasst:
--- Tl,
--- Na,
--- Li, und
--- Seltene Erden dadurch gekennzeichnet, dass
die Füllung zusätzlich noch Hg-Halogenid und gleichzeitig alle drei Halogenide aus der Gruppe der Seltenen Erden, bestehend aus Dy, Ho und Tm, umfasst, wobei der mol.-% Anteil der maximal enthaltenen Komponente aus der Gruppe der Seltenen Erden, bestehend aus Dy, Ho und Tm, höchstens dem Dreifachen der minimal enthaltenen Komponente aus der Gruppe der Seltenen Erden, bestehend aus Dy, Ho und Tm, entspricht.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenidlampe für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Füllungen für Lampen mit warmweißer Lichtfarbe.
Stand der Technik
Zur Erzielung warmweißer Lichtfarben enthalten Metallhalogenidentladungslampen meist Zinnjodid. Dazu ist jedoch außerdem eine genaue Dosierung mit metallischem Zinn erforderlich. Die Lampe weist oft als Füllung im Entladungsgefäß neben Quecksilber und einem Edelgas Metalljodide und - bromide von Natrium, Zinn, Thallium, Indium und Lithium auf. Derartige zinnhaltige Füllungen sind oft im Lichtstrom zu niedrig und führen zu Elektrodenkorrosion und Elektrodenrückbrand. Derartige Füllungen mit Zinn benötigen daher spezielle Elektroden, die dieser besonders aggressiven Füllung trotzen können, siehe beispielsweise US 4 782 266 A . Dies bewirkt bei der Herstellung dieser Lampen längere Umstellzeiten bei einem Typenwechsel und erfordert daher hohe Lagerkosten.
Weiterhin ist aus der US 5 694 002 A eine Lampe bekannt, die eine Metallhalogenidfüllung mit den Metallen Na, Sc, Li, Dy und Tl enthält und eine warmweiße Lichtfarbe hat. Die Farbtemperatur ist 3000 K.
Derartige Füllungen mit Scandium haben eine schlechte Maintenance, so dass der Lichtstrom während der Brenndauer deutlich zurückgeht. Außerdem ist die Farbwiedergabe bei Scandiumbasierten Lampen relativ schlecht.
Aus der US 2004 / 253 897 A1 ist eine Metallhalogenidlampe mit zweiendigem Außenkolben bekannt, der nur einen Teil des Entladungsgefäßes umgibt.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidfüllung für Metallhalogenidentladungslampen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die an die Bedingungen eines gasgefüllten Außenkolbens besonders angepasst ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Metallhalogenidfüllung verwendet, die Na, Tl, und Seltene Erden und zusätzlich Li-Halogenid verwendet. Um Scandium oder Zinn zu vermeiden, wird zusätzlich Quecksilberhalogenid, bevorzugt Jodid, verwendet. Dadurch wird die Maintenance verbessert. Dabei wird auf andere Komponenten mit weiteren Halogeniden verzichtet. Als Halogen wird insbesondere Jod und/oder Brom verwendet. Als Seltene Erden werden Dy, Ho und Tm gleichzeitig verwendet um eine möglichst hohe Farbwiedergabe zu erreichen.
Bei der Herstellung von Metallhalogenidlampen mit Entladungsgefäßen aus Quarzglas hat sich außerdem gezeigt, dass erhebliche Kosteneinsparungen durch ein neues Konzept mit Außenkolben erzielt werden können, bei dem der Außenkolben das Entladungsgefäß nur teilweise umgibt. Dabei wird eine Gasfüllung im Außenkolben verwendet. Dies führt jedoch zu einem veränderten Temperaturhaushalt des Entladungsgefäßes. Die bisher übliche Füllung aus Metallhalogeniden unter Einschluss von Scandium oder Zinn ist unter diesen Bedingungen zu instabil um lange Lebensdauer zu erreichen.
Abhilfe schafft hier die genau dosierte Zugabe von Quecksilberhalogenid.
Dabei wird eine Füllung verwendet, die Halogenide von Seltenen Erden (SE), Natrium, Thallium und Lithium enthält. Die Füllung enthält zwischen 0,1 und 2,5 mg SE-Jodid pro ml Kolbenvolumen. Bevorzugt ist ein Wert zwischen 0,2 und 2,0 mg/ml. Die Füllung enthält zusätzlich 0,1 bis 2,0 mg Quecksilberjodid oder-bromid pro ml Kolbenvolumen. Bevorzugt ist ein Wert von 0,12 bis 1,2 mg/ml. Insbesondere liegt das molare Verhältnis zwischen SE und Lithium zwischen 1,0 und 15, bevorzugt zwischen 1,2 und 12. Als SE-Metalle werden Dy und Ho und Tm empfohlen. Es wird eine Mischung aller drei verwendet. Als Halogen wird insbesondere Jod oder Brom verwendet. Bevorzugt enthält die Füllung mehr Jod als Brom. Insbesondere wird Jod allein verwendet, mit maximal 10 % Brom-Anteil, molar gesehen.
Bei Überschreiten der Füllmenge für Seltene Erden wird die Farbtemperatur zu niedrig. Bei Unterschreiten der Füllmenge für Seltene Erden wird die Farbtemperatur zu hoch.
Bei Überschreiten des molaren Verhältnisses von SE zu Li wird die Farbtemperatur zu hoch. Bei Unterschreiten des molaren Verhältnisses von SE zu Li wird der Lichtstrom zu niedrig.
Bei Überschreiten der Füllmenge für HgJ2 werden die Farbtemperatur und der Lichtstrom zu niedrig. Bei Unterschreiten der Füllmenge für HgJ2 wird der Lichtstromrückgang während der Lebensdauer zu hoch.
Die Farbtemperatur der Lampe liegt bevorzugt im warmweißen Bereich mit einer Farbtemperatur von 2600 bis 3800 K. Die spezifische Leistung, gegeben in Watt pro mm Bogenlänge, liegt bevorzugt zwischen 5 und 25 W/mm.
Diese Füllung eignet sich bevorzugt für Allgemeinbeleuchtungszwecke für Lampen mit 50 bis 1000 W Nennleistung. Sie wird also für niedrige bis mittlere Leuchtdichten eingesetzt. Hier liegt die Wandbelastung bei typisch weniger als 40 W/cm², die spezifische Leistung bei weniger als 30 W/mm Bogenlänge, der Elektrodenabstand liegt bei mehr als 5 mm.
Damit lässt sich eine lange Lebensdauer, typisch mehr als 4000 Std. und gleichzeitig ein hoher Lichtstrom erzielen.
Figurenliste
Im Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Metallhalogenidlampe gemäß der Erfindung;
2 ein Spektrum dieser Lampe;
3 die Änderung der Farbtemperatur und des Lichtstroms mit der Lebensdauer für zwei Ausführungsbeispiele.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt die seitliche Ansicht einer zweiseitig abgedichteten Metallhalogenidlampe 1 mit 150 W Nennleistung. Das als Ellipsoid ausgebildete Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas schließt zwei Elektroden 3 nebst einer Metallhalogenidfüllung ein. Die Kolbenenden sind durch Einschmelzungen 4 abgedichtet, in die Folien 5 eingebettet sind. Als Abdichtung eignen sich auch Quetschungen. Diese Einschmelzungen 4 sind mit äußeren Stromzuführungen 6 verbunden. Die äußere Stromzuführung 6 ist in einer rohrförmigen Hülse 7 geführt und endet in einer Buchse 8 eines integralen Sockelteils 9. Der Sockel ist einteilig aus Stahl oder einem anderen wärmebeständigem Metall gefertigt und umfasst außerdem eine Kreisscheibe 10 als Kontaktelement und Widerhaken 11 als Zentrierung und Halterung. Der bauchige Teil des Entladungsgefäßes ist von einem Außenkolben 12 teilweise umgeben, der im Bereich des Übergangs zwischen der Quetschung 4 und der Hülse 7 aufgerollt (13) ist.
Der Außenkolben 12 weist eine umlaufende Delle 14 auf, so dass ein elastisches Trägerband 15 aus Metall an der inneren Oberfläche des Außenkolbens eingespreizt ist. Das Trägerband kann, falls nötig, Gettermaterialen wie Zr, Fe, V, Co enthalten. Sie dienen zum Absorbieren verschiedener Stoffe wie Sauerstoff, Wasserstoff, o.ä. Der Außenkolben kann mit Stickstoff, Edelgas, einem anderen inerten Gas oder auch Vakuum befüllt sein.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird zur Verbesserung der Zündeigenschaften ein Außenkolbengasgemisch von N2 und/oder CO2 mit Ne verwendet, wobei der Gesamtdruck zwischen 200 und 900 mbar liegt. Als Startgas im Brenner wird in diesem Fall ein Ne-Ar-, Ne-Kr- oder Ne-Ar-Kr-Penninggemisch eingesetzt. Insbesondere wird zur Aufrechterhaltung der guten Zündeigenschaften während der Lebensdauer ein Außenkolbengasgemisch N2 / Ne oder CO2 /Ne mit 300 mbar bis 900 mbar Gesamtdruck verwendet. Der Ne-Anteil liegt dabei zwischen 25 und 60%.

2 zeigt das Spektrum von Lampen mit 100 h Brenndauer nach dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, deren Entladungsgefäß 10 mg Hg und die Metallhalogenid-Füllungen nach Tab. 1 enthält. Die Füllung im Außenkolben ist Argon. Tab.1

	150W/WDL
Leistung/ W	150
Lichtstrom/ Im	11000
Farbtemperatur/ K	3000
Mittlere LD / h	9000
Elektrodenabstand / mm	15
Durchmesser Brennerkolben/ mm	14,8
Länge Brennerkolben /mm	22,3
Kolbenvolumen / ml	1,6
Füllgas Brenner	100 hPa Ar
Füllgas Außenkolben	300 hPa Ar
Füllung in mg	16 mg Hg, 0,13 mg LiJ, 0,45 mg DyJ3, 0,45 mg HoJ3, 0,45 mg TmJ3, 3,68 mg NaJ, 0,33 mg TlJ, 0,8 mg HgJ2
Metalle in mol %	Li 3,45, Dy 2,86, Ho 2,85, Tm 2,83, Tl 3,46,
Metalle in mol %	Na 84,56

Durch Wahl der relativen Verhältnisse der Metallhalogenide lässt sich eine höhere oder niedrigere Farbtemperatur einstellen. Die Füllung verwendet als Seltene Erden jeweils Tm, Dy und Ho in etwa gleichen Anteilen. Diese Anteile können insbesondere in einem Verhältnis bis maximal dem Dreifachen der am wenigstens vertretenen Komponente schwanken, also bis 3:3:1.
3 und 4 zeigt die Änderung der Farbtemperatur Tn und des Lichtstroms LS der Lampe aus 1 als Funktion der Lebensdauer für das Ausführungsbeispiel der Tab. 1. Beide Kenngrößen sind bis zu einer Lebensdauer von mindestens 6000 Std. äußerst stabil.

Claims

Metallhalogenidlampe mit warmweißer Lichtfarbe, umfassend: - einen gasgefüllten Außenkolben (12) aus Hartglas oder Quarzglas - ein Entladungsgefäß (2) aus Quarzglas mit zwei Elektroden (3) darin, und - einer ionisierbaren Füllung mit: -- mindestens einem Inertgas, -- Quecksilber, und -- Metallhalogeniden, wobei die Füllung als Metalle für diese Metallhalogenide umfasst: --- Tl, --- Na, --- Li, und --- Seltene Erden dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich noch Hg-Halogenid und gleichzeitig alle drei Halogenide aus der Gruppe der Seltenen Erden, bestehend aus Dy, Ho und Tm, umfasst, wobei der mol.-% Anteil der maximal enthaltenen Komponente aus der Gruppe der Seltenen Erden, bestehend aus Dy, Ho und Tm, höchstens dem Dreifachen der minimal enthaltenen Komponente aus der Gruppe der Seltenen Erden, bestehend aus Dy, Ho und Tm, entspricht.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Halogene zur Bildung von Halogeniden Jod und/oder Brom verwendet sind.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung 0,1 bis 2,0 mg Quecksilberjodid pro ml Kolbenvolumen enthält.
Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das molare Verhältnis zwischen Seltenen Erden und Lithium zwischen 1,0 und 15 liegt.