DE19604809A1 - Entladungslampe mit erhöhter Farbstabilität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe mit minde­ stens einem Brenner, der ein gasdichtes Entladungsgefäß mit einem Entladungsraum und mit mindestens zwei in den Entla­ dungsraum hineinragenden Entladungselektroden aufweist, mit einem Hüllkolben, der den Brenner direkt unter Bildung eines Kolbeninnenraumes gasdicht und beabstandet umgibt, wobei die Entladungselektroden über Stromzuführungen durch den Kolbeninnenraum mit einem mit dem Hüllkolben verbundenen Anschlußbereich elektrisch verbunden sind.

Entladungslampen spielen sowohl bei der industriellen Pro­ duktion als auch bei der Forschung und Entwicklung und zu­ nehmend auch im privaten Bereich des Endkonsumenten eine große Rolle.

Sie zeichnen sich insbesondere dadurch aus, daß durch die Wahl der Lampenparameter, wie Lampenfüllung, Lampendruck und elektrische Betriebsbedingungen, die Lichtleistung so­ wie die spektralen Eigenschaften beeinflußbar und an die jeweilige spezifische Anwendung anpaßbar sind.

So ist es insbesondere möglich, die Parameter derart zu wählen, daß das abgegebene Lampenspektrum eine Farbtempera­ tur von etwa 6000 Kelvin besitzt und somit spektral dem durch die Sonne auf der Erde erzeugten Tageslicht ähnlich ist. Ferner können durch gezielte Stoffzusätze in der Lam­ penfüllung, insbesondere durch Edelgase, bestimmte Far­ beindrücke erzeugt werden.

Beim Betrieb von Entladungslampen, die für die Abgabe eines im kurzwelligen Bereich konzentrierten Spektrums ausgebil­ det sind, tritt das Phänomen auf, daß mit fortschreitendem Betriebsalter der Lampe sich das abgestrahlte Spektrum zum langwelligen Bereich hin verschiebt. Dies macht sich insbe­ sondere auch durch eine Verringerung der Farbtemperatur des Spektrums bemerkbar, so daß man beim ersten Betrieb einer neuen Entladungslampe z. B. eine Farbtemperator von etwa 10000 Kelvin bestimmt, während nach einer gewissen Zeit die Farbtemperatur deutlich abnimmt. Oft läßt sich dieser Pro­ zeß auch direkt optisch und insbesondere über den optischen Sinneseindruck der Farbgebung des von der Lampe abgestrahl­ ten Lichts feststellen.

Als Ursache für die mit dem Altern der Lampe zusammenhän­ genden Verschiebungen in bezug auf das Lampenspektrum wird vielfach angesehen, daß die Materialien, aus denen die Lam­ pen hergestellt werden, also insbesondere die verwendeten Gläser, die Elektrodenmaterialien und auch die Lampenfül­ lungen Verunreinigungen aufweisen, die zunächst spektral nicht in Erscheinung treten, dann aber im Laufe der Zeit insbesondere von den Glaswänden oder den Elektrodenober­ flächen in den Entladungsraum der Entladungslampe hinein abgegeben werden und dann so am Entladungsprozeß und an der Emission von Strahlung beteiligt sind.

So ist z. B. bekannt, daß ohne besondere Sorgfalt, d. h. ohne die Verwendung hochreiner Ausgangsmaterialien, Gläser und Elektrodenmetalle Verunreinigungen an Alkalimetallen und insbesondere Verunreinigungen an Natrium aufweisen. Falls nun kein besonderer Aufwand in bezug auf die Reinheit der Ausgangsmaterialien zur Herstellung einer Entladungslampe betrieben wird, so wird mit der Zeit z. B. Natrium, unter Umständen in Form von Halogenverbindungen, in den Entla­ dungsraum der Entladungslampe hinein abgegeben, so daß man bei einer spektralen Analyse die charakteristischen Natrium- Emissionslinien im gelben Bereich des kontinuierlichen Spektrums bei etwa 590 nm beobachten kann. Eine Entladungs­ lampe, wie sie für den Betrieb im eher kurzwelligen Be­ reich des sichtbaren Spektrums ausgelegt ist, erfährt da­ durch eine deutliche Verschiebung zum gelben oder roten Be­ reich des sichtbaren Spektrums hin, was zu einer Abnahme der Farbtemperatur des Spektrums der Entladungslampe führt und weiterhin auch die Lebensdauer der Entladungslampe begrenzt.

Um nun diesem Alterungsprozeß aufgrund der Diffussion und der Abgabe von Verunreinigungen aus den die Lampe bildenden Materialien in den Entladungsraum hinein entgegenzuwirken und somit eine erhöhte Farbstabilität und verlängerte Le­ bensdauer der Lampe zu bewirken, ist bisher vorgeschlagen worden, hochreine Ausgangsmaterialien bei der Herstellung von Lampen zu verwenden. Dies ist zum einen nur in beschränktem Umfang technisch durchführbar und führt zum anderen zu einem stark verkomplizierten Herstellungsprozeß und zu einer Verteuerung der auf diese Weise hergestellten, verbesserten Entladungslampen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entladungslampe zu schaffen, bei der ein hoher Gehalt an verunreinigenden Materialien, insbesondere an Alkalimetal­ len, in den Ausgangsmaterialien zur Herstellung der Lampe einen nur verminderten Einfluß auf die Farbstabilität der Entladungslampe hat.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Entladungslampe der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkma­ len des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der erfindungsgemäßen Entladungslampe sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht bei einer gattungsgemäßen Entladungslampe außerhalb des Brenners zusätzlich zu den Stromzuführungen mindestens eine leitfähige Ableitung di­ rekt im Kolbeninnenraum vor, wobei die leitfähige Ableitung sich angrenzend an den Brenner über mindestens eine Entla­ dungselektrode des Brenners erstreckt und mit einem elek­ trischen Potential beaufschlagbar ist.

Durch die Anwendung eines elektrischen Potentials mittels der leitfähigen Ableitung wird im Betrieb der Entladungs­ lampe der Entladungsprozeß, welcher im Entladungsraum der Entladungslampe stattfindet, und insbesondere das Entla­ dungsgas oder der Entladungsdampf elektrisch beeinflußbar.

Besonders vorteilhaft ist es, die leitfähige Ableitung so auszulegen, daß sie im Betrieb der Entladungslampe die Be­ wegung elektrisch geladener Teilchen im Entladungsraum be­ einflußt. Dabei ist es vorgesehen, diese Beeinflussung ins­ besondere im Hinblick auf die Bewegung von Ionen auszule­ gen, wobei gerade die das Spektrum störenden Fremdionen, insbesondere also die Alkaliionen und Natriumionen, beein­ flußt werden. Vorzugsweise wird das auf die leitfähige Ab­ leitung beaufschlagbare Potential derart gewählt, daß die Beeinflussung der Bewegung dabei im wesentlichen in Rich­ tung auf die leitfähige Ableitung zu erfolgt.

Der Effekt der farbstabilisierenden Wirkung beruht zumin­ dest zum Teil darauf, daß, um beim Beispiel einer Natrium­ verunreinigung zu bleiben, positiv geladene Natriumionen durch eine negativ geladene leitfähige Ableitung in Richtung auf diese leitfähige Ableitung hin aus der Entladungs­ strecke des Entladungsraums heraus abgelenkt werden, so daß die Natriumionen nur noch einen verminderten Anteil am Emissionsprozeß haben.

Die Beaufschlagung des elektrischen Potentials auf die leitfähige Ableitung kann unabhängig von der Beaufschlagung der elektrischen Potentiale auf die Stromzuführungen bzw. auf die Entladungselektroden geschehen. Dies geschieht vor­ zugsweise durch eine separate Stromzuführung für die leit­ fähige Ableitung, welche über einen unter Umständen separa­ ten Anschlußbereich im Hüllkolben nach außen hin elektrisch verbunden ist.

Besonders einfach ist die Beaufschlagung der leitfähigen Ableitung mit einem elektrischen Potential dann, wenn die leitfähige Ableitung mit einer der Stromzuführungen leit­ fähig verbunden ist. Sie weist dann im Betrieb zumindest einen Teil des elektrischen Potentials dieser Stromzufüh­ rung auf. Dieser Teil des beaufschlagbaren Potentials der Stromzuführung kann insbesondere durch eine entsprechende spannungsteilende Einrichtung innerhalb der Entladungslampe realisiert werden. Eine weitere Vereinfachung ergibt sich aber, wenn die leitfähige Ableitung direkt mit einer der Stromzuführungen verbunden ist, so daß sie im Betrieb der Entladungslampe dasselbe Potential wie die mit ihr verbun­ dene Stromzuführung trägt.

Um einen möglichst günstigen Einfluß der Ableitungen auf den Entladungsprozeß im Entladungsraum zu gewährleisten, ist es vorgesehen, daß sich die leitfähige Ableitung zu­ mindest teilweise über den Entladungsraum des Brenners er­ streckt. Dabei ist es besonders günstig, die leitfähige Ab­ leitung derart auszubilden, daß sie zumindest bis zur Spit­ ze der mit der Ableitung verbundenen Entladungselektrode reicht.

Die leitfähige Ableitung kann im Prinzip aus jedem leit­ fähigen Material bestehen. Es ergibt sich aber eine be­ sonders widerstandsfähige Ableitung, wenn ein hochschmel­ zendes Material und insbesondere ein hochschmelzendes Me­ tall oder eine leitfähige, hochschmelzende Metallegierung gewählt wird. Dabei bieten sich insbesondere die Metalle Molybdän, Wolfram, Nickel, Chrom, Edelstahl oder dergleichen oder deren Legierungen an.

Um den Einfluß der Wärme durch Konvektion und Wärmeleitung auf den Hüllkolben, die Anschlußbereiche und so weiter so gering wie nur möglich zu halten, und auch, um mögliche chemische Reaktionen im Kolbeninnenraum zu unterbinden, ist es vorgesehen, den Kolbeninnenraum mit einem inerten Gas, wie z. B. einem Edelgas oder Stickstoff oder dergleichen zu füllen, insbesondere bietet es sich aber an, den Kolbenin­ nenraum zu evakuieren.

Besonders vorteilhaft ist es, all diese Vorkehrungen bei einer Hochdruck-Entladungslampe und insbesondere bei einer Lampe mit einer Brennerfüllung, welche sich aus Halogenver­ bindungen seltener Erden, Quecksilber und/oder Edelgasen zusammensetzt, vorzusehen, weil gerade bei diesen Ent­ ladungslampen besonders hohe Anforderungen an die Belast­ barkeit gestellt werden und weil dort die Problematik der Farbstabilität unter Umständen besonders gravierend ist.

Besonders günstig wirken sich die farbstabilisierenden Pro­ zesse auf Entladungslampen mit Spektren aus, welche eine besonders hohe Farbtemperatur von etwa 10000 Kelvin oder darüber besitzen, weil dort bereits geringe Verunreinigung­ en zu einer merklichen Absenkung der Farbtemperatur des Spektrums und der Lebensdauer der Lampe führen können.

Um den farbstabilisierenden Effekt der leitfähigen Ablei­ tung optimal einzusetzen, ist es vorgesehen, den Abstand der leitfähigen Ableitung zum Brenner hin, den entspre­ chenden Lampeneigenschaften und spektralen Charakteristika anzupassen. Insbesondere vorzuziehen ist ein Abstand, der den zweifachen Radius des Brenners nicht übersteigt.

Ferner ist es wichtig und vorgesehen, die Form und die Aus­ dehnung der leitfähigen Ableitung der Lampengeometrie sowie den Brennercharakteristika anzupassen. Es ist insbesondere günstig, die leitfähige Ableitung als Bügel, insbesondere im wesentlichen parallel zur Entladungsstrecke des Bren­ ners, oder auch als Wendel oder Helix, welche den Brenner im wesentlichen umhüllt und welche eine Wendel- oder He­ lixachse insbesondere im wesentlichen parallel zur Entla­ dungsstrecke des Brenners aufweist, auszubilden.

Des weiteren kann eine Verstärkung des farbstabilisierenden Effekts erzielt werden, wenn als leitfähige Ableitung eine Gaze, ein Netz oder ein Gitter verwendet wird, welches den Brenner insbesondere zumindest teilweise umhüllt, wobei ei­ ne Umhüllung im allgemeinen dazu führt, daß die Entladungs­ strecke und damit auch die Verunreinigungen im Entladungs­ raum von mehreren Seiten gleichzeitig beeinflußt werden. Eine mechanisch besonders einfach herzustellende leitfähige Ableitung ergibt sich, wenn man die Außenseite des Brenners und/oder die Innenseite des dem Brenner direkt umgebenden Hüllkolbens mit einer leitfähigen Schicht, welche mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, versieht.

Um eine weitere Verbesserung der Farbstabilität zu erzie­ len, ist es vorgesehen, mehrere leitfähige Ableitungen aus­ zubilden, welche dasselbe Potential, unterschiedliche Po­ tentiale gleichen Vorzeichens oder insbesondere auch Po­ tentiale unterschiedlichen Vorzeichens aufweisen. Dabei er­ gibt sich der farbstabilisierende Effekt besonders einfach, wenn zwei Ableitungen vorgesehen sind, welche in bezug auf die Entladungsstrecke des Brenners im wesentlichen achsen­ symmetrisch angeordnet sind.

Die erfindungsgemäßen Vorkehrungen lassen sich besonders auf double-ended Entladungslampen mit zwei diametral gegen­ überliegenden Anschlußbereichen und auch auf single-ended Entladungslampen mit einem die Anschlußbereiche aufnehmenden Sockel einsetzen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen, bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen

Fig. 1 bis 4 Seitenansichten von vier unterschiedli­ chen Ausführungsbeispielen einer erfin­ dungsgemäßen Entladungslampe vom double­ ended Typ, und

Fig. 5 eine Seitenansicht eines weiteren Aus­ führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Entladungslampe vom single-ended Typ.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Entladungs­ lampe 1, welche zwischen zwei diametral gegenüberstehenden Anschlußbereichen 9 und 10 in einem Hüllkolben 11 zwei Stromzuführungen 2 und 3 aufweist, welche auf ihrer einen Seite jeweils mit den Anschlußbereichen 9 bzw. 10 im Hüllkolben 11 verbunden sind und welche auf der jeweiligen anderen Seite in ein Entladungsgefäß 6 hineinragen, wobei sie mit ihren äußersten, sich gegenüberstehenden Enden die Entladungselektroden 4 und 5 des Brenners 14 mit dem Entla­ dungsraum 13 bilden. Im Inneren 12 des Hüllkolbens 11 ist außerhalb des Brenners 14 an der Stromzuführung 2 eine leitfähige Ableitung 7 ausgebildet. Diese leitfähige Ablei­ tung 7 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel bügel­ artig ausgebildet und verläuft parallel zu den Achsen der Stromzuführungen 2 und 3 bzw. der Entladungselektroden 4 und 5 und ebenfalls parallel zu der im Entladungsraum 13 sich im Betrieb ausbildenden Entladungsstrecke, wobei die leitfähige Ableitung 7 in diesem Falle über die Spitze der Entladungselektrode 5 der mit der leitfähigen Ableitung 7 nicht verbundenen Elektrode 4 hinausragt.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Entladungslampe 1, wobei aber auch an der an­ deren Stromzuführung 3 eine leitfähige Ableitung 8 ausge­ bildet ist, welche der leitfähigen Ableitung 7 der Strom­ zuführung 2 in bezug auf die durch die Stromzuführungen 2 und 3 gebildete Verbindungsachse diametral gegenüberliegt, ansonsten aber zu dieser identisch ist.

Im Vergleich zu Fig. 1 zeigt die Fig. 3 ebenfalls ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Entladungslam­ pe, wobei hier eine einzelne leitfähige Ableitung 7 an der Stromzuführung 2 realisiert ist, die aber in Wendelform oder in Helixform einen wesentlichen Teil des Brenners 14 und insbesondere einen wesentlichen Teil des Entladungs­ raums 13 umhüllt.

Ebenfalls eine umhüllende leitfähige Ableitung 7, welche mit der Stromzuführung 2 verbunden ist, zeigt das in Sei­ tenansicht in Fig. 4 dargestellte weitere Ausführungsbei­ spiel einer erfindungsgemäßen Entladungslampe 1. Die leitfähige Ableitung 7 ist mit der Stromzuführung 2 verbun­ den und hat die Gestalt einer Gaze, eines Netzes oder eines Gitters, wobei das Gitter insbesondere den Brenner 14 als Zylinder im wesentlichen umhüllt.

Während die Fig. 1 bis 4 Ausführungsformen erfindungs­ gemäßer Entladungslampen 1 vom double-ended Typ zeigen, ist in der Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Entladungslampe 1 als single-ended Typ ebenfalls in Seitenansicht dargestellt, wobei die Anschlußbereiche 9 und 10 für die Stromzuführungen 2 und 3 in einem Lampensockel 15 mit Gewinde aufgenommen sind. Bei einer derartigen sin­ gle-ended Entladungslampe bietet es sich an, die Strom­ zuführung 3 für die vom Lampensockel 15 weiter entfernt liegende Entladungselektrode 5 gleichzeitig als eine leitfähige Ableitung 8 zu verwenden. Es ergibt sich eine Verstärkung des farbstabilisierenden Effekts, wenn nämlich die Stromzuführungen 2 und 3 und mithin die leitfähigen Ableitungen 7 und 8 im Betrieb der Entladungs­ lampe 1 auf unterschiedlichen Potentialen, insbesondere auf Potentialen mit unterschiedlichen Vorzeichen liegen.

Claims (16)

1. Entladungslampe
mit mindestens einem Brenner (14), der ein gasdichtes Entladungsgefäß (6) mit einem Entladungsraum (13) und mindestens zwei in den Entladungsraum (13) hineinra­ genden Entladungselektroden (4, 5) aufweist,
mit einem Hüllkolben (11), der den Brenner (14) direkt unter Bildung eines Kolbeninnenraumes (12) gasdicht und beabstandet umgibt,
wobei die Entladungselektroden (4, 5) über Strom­ zuführungen (2, 3) durch den Kolbeninnenraum (12) mit einem mit dem Hüllkolben (11) verbundenen Anschlußbe­ reich (9, 10, 15) elektrisch verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß außerhalb des Brenners (14) zusätzlich zu den Stromzuführungen (2, 3) mindestens eine leitfähige Ab­ leitung (7, 8) direkt im Kolbeninnenraum (12) vorgese­ hen ist,
daß die leitfähige Ableitung (7, 8) angrenzend an den Brenner (14) sich über mindestens eine Entladungselek­ trode (4, 5) des Brenners (14) erstreckend angeordnet ist, und
daß die leitfähige Ableitung (7, 8) mit einem elektri­ schen Potential beaufschlagbar ist.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Ableitung (7, 8) mit einer Stromzu­ führung (2, 3) leitfähig verbunden ausgebildet ist und daß im Betrieb der Entladungslampe (1) zumindest ein Teil des elektrischen Potentials dieser Stromzuführung (2, 3) an der mit ihr verbundenen leitfähigen Ableitung (7, 8) liegt.

3. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die leitfähige Ableitung (7, 8) mindestens teilweise über den Entladungsraum (13) des Brenners (14) erstreckt.

4. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die leitfähige Ableitung (7, 8) zumindest bis zur Spitze des mit der Ableitung (7, 8) verbundenen Entladungselektrode (4, 5) erstreckt.

5. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Ableitung (7, 8) dasselbe Potential trägt, wie die Stromzuführung (2, 3).

6. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Ableitung (7, 8) aus einem hoch­ schmelzenden Metall, insbesondere aus Molybdän, Wol­ fram, Nickel, Chrom, Edelstahl oder dergleichen, oder aus leitfähigen Legierungen gebildet ist.

7. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbeninnenraum (12) des den Brenner (14) gas­ dicht umschließenden Hüllkolbens (11) evakuiert oder mit einem inerten Gas gefüllt ausgebildet ist.

8. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe (1) als Hochdruck-Entladungs­ lampe und insbesondere als Lampe mit einer Bren­ nerfüllung aus Halogenverbindungen von, seltenen Erden, Quecksilber und/oder Edelgasen ausgebildet ist.

9. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der leitfähigen Ableitung (7, 8) zum Brenner (14) den zweifachen Radius des Brenners (14) nicht übersteigt.

10. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Ableitung (7, 8) als Bügel ausge­ bildet ist, welcher insbesondere im wesentlichen par­ allel zur Entladungsstrecke des Brenners (14) verläuft.

11. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Ableitung (7, 8) als Wendel oder als Helix ausgebildet ist, welche den Brenner (14) im wesentlichen umhüllt, wobei die Wendel- oder Helixach­ se insbesondere im wesentlichen parallel zur Entla­ dungsstrecke des Brenners (14) verläuft.

12. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Ableitung (7, 8) als Gaze, Netz oder Gitter ausgebildet ist.

13. Entladungslampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaze, das Netz oder das Gitter (7, 8) den Brenner (14) zumindest teilweise umhüllt.

14. Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Ableitung (7, 8) als leitfähige Schicht auf der Außenseite des Brenners (14) und/oder auf der Innenseite des den Brenner (14) direkt umge­ benden Hüllkolbens (11) ausgebildet ist.

15. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei leitfähige Ableitungen (7, 8) vorgesehen sind, welche in bezug auf die Entladungsstrecke des Brenners (14) im wesentlichen achsensymmetrisch angeordnet sind.

16. Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungslampe (1) als double-ended Entla­ dungslampe (1) mit zwei diametral gegenüberliegenden Anschlußbereichen (9, 10) oder als single-ended Entla­ dungslampe (1) mit einem die Anschlußbereiche (9, 10) aufnehmenden Sockel (15) ausgebildet ist.