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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Metall-Halogendampflampe
niedriger Leistung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch
1.
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Bei herkömmlichen Metall-Halogendampflampen
dieser Art besteht die Wand des Entladungsgefäßes aus Quarz. Es ist dabei üblich, das
Entladungsgefäß zweiseitig
gequetscht auszubilden und in das Entladungsgefäß hereinragende Elektroden mit
Hilfe von Folien gasdicht in das Entladungsgefäß einzuschmelzen. Die Erfindung
nimmt dabei insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf diese übliche Bauweise
Bezug.
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Der Markt derartiger Metall-Halogendampflampen
wurde revolutioniert, als für
das Wandmaterial des Entladungsgefäßes statt Quarz ein keramisches
Material wie beispielsweise polykristallines Al
2O
3 eingesetzt wurde, das bei wesentlich höheren Temperaturen
als Quarz temperaturbeständig
bleibt (
EP 0 587 238
A1 und US 2002/0008476 A1).
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Im Vergleich mit den Metall-Halogendampflampen
mit Quarz als Wandmaterial des Entladungsgefäßes konnte bei Metall-Halogendampflampen
mit keramischem Wandmaterial eine deutliche Verkleinerung der Farbtemperaturunterschiede
von Lampe zu Lampe und eine größere Konstanz
der Farbtemperatur während
der Lebensdauer erreicht werden. Diese Vorteile werden aber durch
wesentlich höhere
Fertigungskosten der Metall- Halogendampflampe
erkauft, die insbesondere durch die höheren Material- und Fertigungskosten
des Entladungsgefäßes bedingt
sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Metall-Halogendampflampe zu schaffen, die insbesondere hinsichtlich
der Konstanz der Farbtemperatur von Lampe zu Lampe und während der
Lebensdauer vergleichbar gute Eigenschaften wie die Metall-Halogendampflampen
mit keramischem Wandmaterial des Entladungsgefäßes hat, andererseits aber
wesentlich geringere Herstellungskosten bedingt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
von Anspruch 1 gelöst,
wobei die Ansprüche
2 und 3 diese Lösung
weiter optimieren.
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Überraschend
hat sich gezeigt, daß die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch eine passende Kombination
und Bemessung von geometrischen und chemischen Merkmalen gelöst werden kann,
welche der Art nach bereits von Metall-Halogendampflampen mit der herkömmlichen
Quarztechnologie des Entladungsgefäßes an sich bekannt sind. Unter
Metall-Halogendampflampen
niedriger Leistung werden dabei solche Lampen verstanden, deren
Nennleistung unter 250 W liegt.
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So ist es aus der
US 4 890 030 A an sich bekannt,
im Rahmen dieser Quarztechnologie als ionisierbare Füllung innerhalb
des Entladungsgefäßes Quecksilber,
Argon als Startgas und als Halogenid Natrium- und Scandiumjodide
zu verwenden. Derartige Lampen befinden sich insbesondere in den
USA in großem
Einsatz. Der zugrunde liegende Mechanismus gilt auch als wohl verstanden
(W.M. Keeffe, IEE Proc., Vom. 127, PT. A, No. 3, April 1980). Die
Konstanz der Farbtemperatur kann jedoch nicht befriedigend erreicht
werden und auch die Farbwiedergabe ist unbefriedigend.
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Ferner ist es aus der
US 4 161 672 A an sich bekannt,
ein Entladungsgefäß aus Quarz
statt wie üblich
zylindrisch als Ellipsoid zu formen, und zwar für Lampen unter 250 W Nennleistung
mit einem Formfaktor f
s (Verhältnis der
Länge zum
Durchmesser) zwischen 0,9 und 2,5, einer Wanddicke unterhalb 1,5
mm und einer Wandbelastung P
w von 10 bis 35
W/cm
2. Diese Geometrie ist abstrakt für alle Arten einer
Füllung
des Entladungsgefäßes in Betracht
gezogen, aber nur für
Kombinationen des Systems von NaI-ScI
3-ThI
4 offenbart. Eine geometrische Variante eines
ellipsoiden Entladungsgefäßes mit
einem Formfaktor f
s zwischen 1,3 und 2,3
zeigt ferner die
US
5 144 201A . Wiederum gilt, daß dabei die Konstanz der Farbtemperatur
nicht befriedigend erreicht werden kann und auch die Farbwiedergabe
unbefriedigend ist.
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Allgemein bei Entladungsgefäßen, deren
ionisierbare Füllung
außer
Quecksilber und einem Edelgas als Startgas Metallhalogenide enthält, deren metallische
Komponenten außer
Natrium und Scandium auch noch Thallium enthalten, ist es ferner
an sich bekannt (
US
5 363 007 A ), das Entladungsgefäß außen mit einer Wärmereflexionsschicht
zu versehen. Lampen dieser Art haben eine erfolgreiche kommerzielle
Anwendung gefunden. Trotzdem ist auch bei diesen Lampen die Einhaltung
der Konstanz der Farbtemperatur im Vergleich mit Lampen mit keramischen
Entladungsgefäßen noch
sehr unbefriedigend.
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In der Literatur ist ferner eine
Vielzahl von Versuchen dokumentiert, durch Metallhalogenidsysteme,
die außer
Natrium und Scandium als metallischen Anteil auch noch mindestens
eine weitere metallische Komponente enthalten, wie Th in
EP 0 220 663 B1 ,
Ta in
US 4 866 342 oder
Li, Tl und Dy in
US 5 694 002 ,
mindestens die Konstanz der Farbtemperatur zu verbessern. Hierzu
gehört
auch die Einbeziehung von elementarem Sc (
US 4 709 184 ). Wiederum konnte jedoch
mit keinem dieser Versuche ein Grad der Einhaltung der Farbtemperaturkonstanz
erreicht werden, welcher mit der betreffenden Güte bei Lampen mit Keramiktechnologie
des Entladungsgefäßes erreicht
wird.
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Aufgrund dieser Erfahrungen hat man
bisher angenommen, mit den genannten Abwandlungen einerseits im
Bereich der Chemie und andererseits im Bereich der Geometrie der
modernen Technik mit keramischen Entladungsgefäßen deutlich unterlegen bleiben
zu müssen,
sei es wegen der nur geringeren Temperaturbelastbarkeit von Quarz
im Vergleich mit Keramik, sei es wegen möglicher geringerer Formtoleranzen
von Keramikgefäßen im Vergleich
mit Quarzgefäßen, sei
es wegen größerer Natriumverluste
durch die Wand des Entladungsgefäßes, wenn diese
Wand aus Quarz statt aus Keramik besteht, oder sei es schließlich aus
anderen Gründen.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis,
daß die
beanspruchte Vereinigung von geometrischen und chemischen Merkmalen
diese Annahme als nicht begründetes
Vorurteil erkennen läßt und jedenfalls
in der beanspruchten Merkmalsvereinigung dieses Vorurteil widerlegt.
Insbesondere halten die gewählten
geometrischen Merkmale den Natriumverlust durch Diffusion durch
die Quarzwand des Entladungsgefäßes während dessen
Lebensdauer vergleichbar klein wie bei einem Entladungsgefäß mit keramischer
Wand, wobei außerdem
das Temperaturprofil über
die gesamte Oberfläche
des Entladungsgefäßes möglichst
einheitlich gehalten und eine lokale Überhitzung vermieden wird.
Die gewählten
geometrischen Merkmale in Verbindung mit der gewählten Chemie ermöglichen
es, daß die
Farbtemperatur unempfindlicher gegen Änderungen der Betriebstemperatur
wird.
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Besonders gute Ergebnisse wurden
mit dem Dreikomponentensystem einer Mischung von NaI, ScI3 und HoI3 erreicht,
wobei in dem allerdings nicht ganz optimalen Grenzfall eines Zweikomponentensystems
auch HoI3 ganz weggelassen werden kann. In
diesem Sinne betragen in dieser Mischung zweckmäßig die Anteile von NaI mindestens
70%, von ScI3 mindestens 5%, vorzugsweise
bis 15%, und von HoI3 0 bis 25%. Besonders
gute Ergebnisse erhält
man durch eine deutliche Einbeziehung von HoI3 in
die Mischung mit mindestens 2%, vorzugsweise mindestens 4%, des
HoI3. Andererseits kann es reichen, die Obergrenze
des HoI3-Anteils kleiner zu halten, insbesondere
bei höchstens
20% oder gar höchstens
15%. Versuchsweise besonders bewährt
hat sich beispielsweise ein Mischungsverhältnis von 80% NaI, 10% ScI3 und 10% HoI3, oder
auch 83% NaI, 12% ScI3 und 5% HoI3.
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Es erscheint an sich möglich, andere
Halogene zu verwenden oder die Mischung durch weitere Metall-Halogenide,
insbesondere Seltene Erden, anzureichern; dies sollte jedoch nur
nach sorgfältigen Vergleichsversuchen
in Betracht gezogen werden.
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Im Rahmen der Erfindung läßt sich
nicht nur eine Farbtemperaturkonstanz von Lampe zu Lampe und während der
Lebensdauer der einzelnen Lampen erreichen, welche in ihrer Güte mit der
von Lampen mit keramischen Entladungsgefäß gleichwertig ist, sondern
auch die erreichbare Farbwiedergabe ist hervorragend und mit der
bei Lampen mit keramischen Entladungsgefäß vergleichbar.
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Zusätzlich ist die Lichtausbeute,
d.h. der Lichtstrom pro Leistung, sowohl anfänglich als auch während der
Lebensdauer, vergleichbar mit der von Lampen mit keramischem Entladungsgefäß.
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Was den Einsatz von Quecksilber und
Startgas, z.B. Ar, angeht, sind bei der Erfindung die Verhältnisse
grundsätzlich
konventionell. Zweckmäßig liegt
der Druck von Ar im Bereich von 30–400mbar, vorzugsweise bei
100 mbar.
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Die Ansprüche 4 bis 9 beschreiben vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die nachfolgend beschriebenen drei
Lampentypen einer zweiseitig gesockelten oder einer einseitig gesockelten
Lampe oder schließlich
einer Reflektorlampe als Sonderfall einer einseitig gesockelten
Lampe sind mit Ausnahme der erfindungsgemäßen Geometrie des Entladungsgefäßes und
der beanspruchten chemischen Merkmale dabei an sich bekannt und
sollen lediglich die Lampentypen veranschaulichen, an denen die
Erfindung vorzugsweise realisiert ist. Dementsprechend zeigen in
jeweils axialer prinzipieller Schnittdarstellung und Reduzierung auf
eine einfache Bauform
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1 eine
zweiseitig gesockelte Lampe,
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2 eine
einseitig gesockelte Lampe, und
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3 eine
Reflektorlampe.
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Allen drei Ausführungsbeispielen ist folgendes
gemeinsam:
Die im ganzen mit 1 bezeichnete Metall-Halogendampflampe
weist ein Entladungsgefäß 2 (auch
als Brenner bekannt) aus Quarz auf, dessen nicht dargestellte Symmetrieachse
in der Zeichnungsebene vertikal verläuft. Rings um diese Symmetrieachse
ist das Entladungsgefäß 2 als
Ellipsoid mit den Parametern gemäß der Erfindung
geformt und an den beiden Enden des Ellipsoids jeweils mit einer
Quetschdichtung 4 ausgerüstet. Innerhalb des Entladungsgefäßes 2 befindet
sich die erfindungsgemäße Chemie.
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Aus jeder Quetschdichtung 4 am
Entladungsgefäß 2 ragt
jeweils eine längs
der Symmetrieachse verlaufende Elektrode 6 aus Wolfram
mit einem freien Ende 8 in den Innenraum des Entladungsgefäßes 2 hinein.
Die Elektrode 6 ist jeweils durch eine Dichtungsfolie 14 aus
Molybdän,
mit der die Elektrode 6 durch Verschweißung elektrisch verbunden ist,
gegen den Quarz der Quetschdichtung gasdicht abgedichtet.
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Je eine elektrische Stromzuführung 12 aus Wolfram
ist innerhalb der jeweiligen Quetschdichtung 4 ebenfalls
durch Verschweißung
mit der jeweiligen Dichtungsfolie 14 elektrisch verbunden
und längs
der Symmetrieachse beidseitig aus dem Entladungsgefäß 2 herausgeführt.
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Das Entladungsgefäß 2 ist an seiner äußeren Wandfläche mit
einer Wärmereflexionsschicht 16 versehen,
die bei den gezeigten Ausführungsbeispielen
unter Freilassung eines zentralen Lichtfensters nur im Bereich der
Elektroden 6 in Nachbarschaft der jeweiligen Quetschdichtung 4 angeordnet
ist.
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Das Entladungsgefäß 2 ist mit Abstand
von einem lichtdurchlässigen
Außenkolben 17 umgeben, der
auch aus Quarz bestehen kann und an dessen Außenseite mindestens ein Sockel 20 mit
mindestens einem elektrischen Anschluß des betreffenden Sockels 20 der
betreffenden Metall-Halogendampflampe 1 an eine weiterführende elektrische
Leitung angeordnet ist. Der betreffende Anschluß ist in den 1 und 2 dabei
jeweils durch einen Kontaktstift 26 und in 3 jeweils durch einen Kontakt 28 realisiert. Die
Anschlüsse
des Sockels 20 sind jeweils durch den Außenkolben 17 elektrisch
mit der aus dem Entladungsgefäß 2 herausgeführten Stromzuführung 12 verbunden.
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Mindestens eine Stromzuführung 12 ist
als Entlastungsbogen 12b ausgebildet. Die andere Stromzuführung 12 kann
zur Halterung des Entladungsgefäßes 2 innerhalb
des Außenkolbens 17 dienen.
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Die Lampen der 1 bis 3 unterscheiden sich
in folgendem:
Bei der zweiseitig gesockelten Lampe 1 gemäß 1 ist an beiden auf der
Symmetrieachse gelegenen Enden je ein außerhalb des Außenkolbens 17 angeordneter
Sockel 20 vorgesehen. Die elektrische Stromzuführung 12 dient
hier auch dazu, das Entladungsgefäß 2 innerhalb des
Außenkolbens 17 mit Abstand
zu diesem zu stützen.
Der Zwischenraum zwischen dem Entladungsgefäß 2 und dem Außenkolben 17 ist
evakuiert. In diesem Zwischenraum ist ein Getter 19 angeordnet.
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Die einseitig gesockelte Lampe gemäß 2 entspricht dem Prinzip
des Aufbaus der Lampe gemäß 1 mit folgendem Unterschied:
Es
ist nur an einem Ende des Außenkolbens 17 ein einziger
Sockel 20 mit zwei elektrischen Kontakten ausgebildet,
der über
zwei Kontaktstifte 26 jeweils mit einem Ast der elektrischen
Stromzuführung 12 verbunden
ist. Dabei verläuft
der eine Ast 12a der Stromzuführung 12 rückwärts gewendet
in Richtung zum Sockel 20. Der Außenkolben 17 wird
durch die Stützkonstruktion 21 so über dem
Entladungsgefäß 2 gehalten,
daß die
Mitte des Außenkolbens 17 mit
der Mitte des Entladungsgefäßes 2 fluchtet.
Der Zwischenraum zwischen dem Entladungsgefäß 2 und dem Außenkolben 17 ist
wiederum evakuiert und zweckmäßig in nicht
dargestellter Weise entsprechend l mit
einem Getter versehen.
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Um das Vakuum zwischen dem Entladungsgefäß 2 und
dem Außenkolben 17 aufrecht
erhalten zu können,
ist bei der Metall-Halogendampflampe 1 der 1 der jeweilige Kontaktstift 26 im
Sockel 20 jeweils durch Verschweißung mit einer Dichtungsfolie 10 elektrisch
verbunden, die gasdicht im Außenkolben 17 eingebettet
ist und jeweils ebenfalls durch Verschweißung elektrisch mit einem Ast
der aus dem Entladungsgefäß 2 herausgeführten Stromzuführung 12 verbunden
ist.
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Die Reflektorlampe nach 3 hat einen hier nicht interessierenden
Aufbau eines Sockels 20, der zwei nebeneinander liegende
elektrische Kontakte 28 hat. Die Gesamtanordnung des lichterzeugenden
Teils ist ähnlich
langgestreckt wie im Falle der Ausführungsform nach 2. Es ist auch ein einseitig
gesockelter Außenkolben
wie dort vorhanden, der sich jedoch rings um das Entladungsgefäß 2 zu
einem lichtundurchlässigen
parabolspiegelartigen Reflektor 30 erweitert, der durch
eine lichtdurchlässige linsenartige
Frontscheibe 32 scheinwerferartig abgeschlossen ist. Hierbei
ist ein zylindrischer Hüllkolben 18 zwischen
dem rückwärts in Richtung
Sockel 20 gewendeten Ast 12a der elektrischen
Stromzuführung 12 und
dem Boden 23 des Reflektors 30 gehalten. Die Kontaktstifte 26 aus 2 entfallen.
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Bei der Reflektorlampe nach 3 ist der Zwischenraum zwischen
dem Entladungsgefäß 2 und
dem Außenkolben 17 nicht
evakuiert, sondern luftgefüllt.
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Wie 2 zeigt,
kann ein zylindrischer Hüllkolben 18 aber
auch bei einem evakuierten Außenkolben 17 Anwendung
finden, wobei in dem Fall dieser 2 der
Hüllkolben 17 von
der Stützkonstruktion 21 gehalten
ist.
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Sowohl im Falle der 2 als auch im Falle der 3 ist die Zylinderform des Hüllkolbens 17 zwar üblich, aber
nicht zwingend.
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- 1
- Metall-Halogendampflampe
- 2
- Entladungsgefäß
- 3
- –
- 4
- Quetschdichtung
- 5
- –
- 6
- Elektrode
- 7
- –
- 8
- freies
Ende
- 9
- –
- 10
- Dichtungsprofil
- 11
- –
- 12
- elektrische
Stromzuführung
- 12a
- Ast
- 12b
- Entlastungsbogen
- 13
- –
- 14
- Dichtungsfolie
- 15
- –
- 16
- Wärmereflexionsschicht
- 17
- –
- 18
- Hüllkolben
- 19
- Getter
- 20
- Sockel
- 21
- Stützkonstrtuktion
- 22
- –
- 23
- Boden
des Reflektors
- 24
- –
- 25
-
- 26
- Kontaktstifte
- 27
- –
- 28
- Kontakt
- 29
- –
- 30
- Reflektor
- 31
- –
- 32
- Frontscheibe
- 33
- –
- 34
- –
- 35
- –
- 36
- –
- 37
- –
- 38
- –
- 39
- –
- 40
- –