DE202010014996U1

DE202010014996U1 - Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE202010014996U1
Application number: DE202010014996U
Authority: DE
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Ledvance GmbH
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-11-11
Anticipated expiration: 2020-11-03

Abstract

Hochdruckentladungslampe mit einem Kolben aus Keramik, der ein Entladungsvolumen umgibt, wobei eine Füllung, die Quecksilber und Edelgas sowie Metallhalogenide enthält, im Entladungsvolumen untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung gleichzeitig Halogenide der Seltenen Erden und außerdem einen Sauerstoff-Dispenser enthält.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um Metallhalogenidlampen. Derartige Lampen sind insbesondere Hochdruckentladungslampen mit keramischem Entladungsgefäß für die Allgemeinbeleuchtung.
Stand der Technik
Die WO 2009/075999 offenbart eine Hochdruckentladungslampe, bei der eine Metallhalogenidfüllung verwendet wird. Die Hochdruckentladungslampe enthält zur Unterstützung des Kreisprozesses WO3 oder WO2X2 mit X ausgewählt aus Cl, Br, J. Das Entladungsgefäß ist keramisch, wobei auf Seltenerdmetalle verzichtet werden muss. Ähnliches findet sich in US 6 362 571 und US 6 356 016 .
Die US 7 057 350 offenbart eine Hochdruckentladungslampe, bei der eine Metallhalogenidfüllung verwendet wird. Das Entladungsgefäß ist keramisch, wobei Seltenerdmetalle infolge der hohen Wandbelastung, die Oxide aus der Keramik löst, die einen Kreisprozess unterstützen können, verwendet werden können.
Aus der JP 57-128 446 ist eine Metallhalogenidlampe bekannt, die bei einem Entladungsgefäß aus Quarzglas WO2J2 zur Unterstützung des Kreisprozesses verwendet.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine verbesserte Maintenance zeigt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die Zugabe von WO3 nach dem oben aufgeführten Stand der Technik beschränkt die Seltenen Erden auf Lanthan, Praseodym, Neodym, Samarium und Cer sowie Kombinationen davon.
Bei US 7 057 350 wird der Sauerstoff aus der Keramik des Entladungsgefäßes geholt. Dazu ist eine hohe Wandbelastung von mehr als 33 W/cm² notwendig. Die vorliegende Erfindung funktioniert mit Wandbelastungen von 15 bis 30 W/cm². Dabei wird Sauerstoff und Halogen über WO2, WO3, oder auch über WO2Cl2 oder WO2Br2 oder WO2J2 zugegeben, ggf. auch in Kombination.
Dabei ist auch die Verwendung von Halogeniden der Seltenen Erdmetalle möglich.
Bevorzugt wird Sauerstoff in Form von WO3 zugegeben, es eigenen sich dazu aber auch sauerstoffhaltige Emitter oder die Oxidation von Elektroden. Hierbei werden die Elektrodenköpfe oxidiert, beispielsweise durch Erhitzen in einem Ofen. Dadurch erhält das Wolfram am Elektrodenkopf eine dünne Oxidschicht, die im Betrieb der Lampe verdampft und so den Wolframkreisprozess in Gang hält. Weiterhin kann ein oxidhaltiger Emitter wie BYW (Barium-Yttrium-Wolframat) auf die Elektroden aufgebracht werden. Das BYW wird von den Metallhalogeniden zersetzt und der Sauerstoff unterstützt den Wolframkreisprozeß. Das Barium des Emitters kann außerdem die Austrittsarbeit senken und reduziert so die Elektrodentemperatur und damit deren Verdampfung.
Weiterhin kann der Sauerstoff auch über das Füllgas dosiert werden.
Eine weitere Ausführungsform ist, den Sauerstoff über ein Metallhalogenid in den Brenner einzubringen. Entweder über das gezielte Befeuchten des Salzes und anschließender Entfernung des Wasserstoffs über einen H2-Abpumpprozess. Möglich ist auch eine UV-unterstützte Oxidation des Metallhalogenids.
Mit diesen Maßnahmen wird eine Verbesserung der Maintenance des Lichtstroms von vorher typisch 85% bei 1000 h auf jetzt mehr als 95% bei 1000 h erreicht. Nach 4000 h ist die Verbesserung typisch mehr als 85% gegenüber vorher typisch 75%. Damit können verschärfte Normen eingehalten werden.
Das erfindungsgemäße Konzept ist vor allem für Lampen kleiner und mittlerer Leistung im Bereich 10 bis 1000 W geeignet, insbesondere bei 35 bis 400 W.
Geeignete Füllungen sind warmweiße (WDL) und neutralweiße (NDL) Füllungen für keramische Metallhalogenidlampen, aber auch für Metallhalogenidlampen mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas. Dabei kommt insbesondere typisch eine Mischung mehrerer Halogenide wie CaJ2, NaJ, TlJ DyJ3, HoJ3, TmJ3 und ggf. zusätzlich CeJ3 zum Einsatz.
Die Dosierung sollte so erfolgen, dass der molare Anteil Sauerstoff gegenüber den Metallen der Metallhalogenide im Bereich 2 bis 20% liegt.
Wolframoxid wird bevorzugt als WO2 oder WO3 zugegeben. Die Menge an Wolframoxid sollte im Bereich 0,05 bis 1 mg liegen, bevorzugt 0,1 bis 0,4 mg, besonders bevorzugt 0,2 bis 0,4 mg. Absolut ist die Empfehlung insbesondere 0,012 bis 0,19 mg/ml WO3, oder eine entsprechende Menge eines Dispensers, die einen ähnlich hohen Sauerstoff-Eintrag verspricht. Bei WO2 ist sie entsprechend um 50% höher anzusetzen, da diese Verbindung weniger Sauerstoff freisetzen kann.
Wesentliche Merkmale der Erfindung in Form einer numerierten Aufzählung sind:

1. Hochdruckentladungslampe mit einem Kolben aus Keramik, der ein Entladungsvolumen umgibt, wobei eine Füllung, die Quecksilber und Edelgas sowie Metallhalogenide enthält, im Entladungsvolumen untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung gleichzeitig Halogenide der Seltenen Erden und außerdem einen Sauerstoff-Dispenser enthält.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seltenerd-Halogenide Jodide von mindestens einem der Elemente Dy, Ho, Tm, Ce aufweisen.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhalogenidfüllung des weiteren Halogenide des Thallium und/oder des Natrium enthält.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung CaJ2 enthält.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandbelastung des Entladungsgefäßes im Bereich 15 bis 30 W/cm² liegt.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelgas Argon, Xenon, Krypton oder Neon oder Mischungen davon ist.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Hg im Bereich 3 bis 60 mg/cm³ gewählt ist.
8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser WO2 oder WO3 ist, bevorzugt in einer Dosierung von 0,012 bis 0,19 mg/ml.
9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser Wolframoxihalogenid ist.
10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser CeO2 ist.
11. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser durch Oxidieren der Elektrode oder von Teilen der Elektrode realisiert ist.
12. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser dadurch realisiert ist, dass die Elektroden mit einem sauerstoffhaltigen Emitter begastet sind, vorzugsweise Barium-Yttrium-Wolframat.
13. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sauerstoff-Dispenser Teile der Füllung wirken.

Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine Hochdruckentladungslampe mit Entladungsgefäß und Außenkolben;
2 ein Diagramm, das den relativen Lichtstrom als Funktion des alters für verschiedene WO3-Dosierungen für ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ein Diagramm, das den relativen Lichtstrom als Funktion des alters für verschiedene WO3-Dosierungen für ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ein Diagramm, das die Effizienz und den Lichtstrom als Funktion der Menge an WO3 zeigt.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch eine Metallhalogenidlampe 1 mit typischer Leistung von 400 W. Sie besteht aus einem Entladungsgefäß 2 aus Keramik wie PCA mit zwei Enden 4, in das zwei Elektroden eingeführt sind. Das Entladungsgefäß hat einen zentralen Teil 5. An den Enden sitzen zwei Kapillaren 6.
Das Entladungsgefäß 2 ist von einem zylindrischen Außenkolben 7 umgeben. Das Entladungsgefäß 2 ist im Außenkolben mittels eines Gestells 8, das eine kurze und lange Stromzuführung 9 und 10 beinhaltet, gehaltert.
Das Entladungsgefäß enthält eine Füllung, die typisch Hg (3 bis 60 mg/cm³) und 2 bis 80 mg/cm³ Halogenid umfasst. Als Edelgas wird Argon unter einem Druck von 30 bis 400 hPa kalt verwendet.
Die Füllung ist vom Typ neutralweiß (NDL) und weist Metallhalogenide der Seltenen Erden von Dy, Ho und Tm auf. Ein konkretes Ausführungsbeispiel sind 35 bis 48 Gew.-% CaJ2, 1 bis 6 Gew.-% NaJ, 10 bis 30 Gew.-% TlJ, 5 bis 20 Gew.-% DyJ3, 5 bis 20 Gew.-% HoJ3, 5 bis 20 Gew.-% TmJ3, sowie 0 bis 5 Gew.-% CeJ3.
Als Sauerstoff-Dispenser kommt WO3 zum Einsatz, in variablen Mengen.
Auch ist alternativ die Zugabe von Wolframoxiden wie WO2 oder Wolframoxihalogeniden, die dieselbe Menge an Sauerstoff wie bei WO3 freisetzen können, empfohlen. Dabei erweist sich als Dosierung des Sauerstoffs ein Verhältnis zu den Metallen aller Metallhalogenide von 3 bis 6,5 Mol.-% als vorteilhaft
Bei 400 W/942 zeigt sich eine Dosierung von 0,1 bis 0,3 mg WO3 als besonders geeignet, bei einem Volumen des Entladungsgefäßes von 8,1 ml.
Diese Dosierungen gelten für NDL-Füllungen (Farbtemperatur 4000 bis 5000 K) wie oben angegeben. Bei warmweißen Fullungen fur Farbtemperaturen von 2500 bis 3800 K gilt, dass der Gehalt an Seltenen Erden deutlich reduziert ist, typisch um einen Faktor 3 bis 8.
Eine weitere Alternative ist es, dem Füllgas, beispielsweise Argon, geringe Mengen an Sauerstoff zuzusetzen. Die Abdichtung des Entladungsgefäßes erfolgt dann am besten mittels Lasereinschmelzung.
Eine weitere Alternative ist es, den Metallhalogeniden auch Metalloxide zuzumischen. Dabei hat sich CaO nicht bewährt. Geeignete Kandidaten sind vielmehr Na2O und Cs2O. Diese können der Metallhalogenid-Schmelze beigemischt werden. Der Anteil der Oxide sollte aber 6 Gew.-% der Metallhalogenid-Masse gesamt gesehen nicht überschreiten.
2 zeigt den relativen Lichtstrom als Funktion des Alters für verschiedene WO3-Dosierungen für eine NDL-Füllung mit relativ hohem Anteil an Thalliumjodid bei einer 400 W-Lampe. Die Abszisse ist die Lebensdauer in Std.
3 zeigt den relativen Lichtstrom als Funktion des Alters für verschiedene WO3-Dosierungen für eine NDL-Füllung mit relativ niedrigem Anteil an Thalliumjodid bei einer 400 W-Lampe. Die Abszisse ist die Lebensdauer in Std.
4 zeigt die Effizienz (eta) bei einer Lebensdauer von 100 Stunden und den Lichtstrom bei 1000 Std. als Funktion einer unterschiedlichen Dosierung mit WO3 für eine 400 W Lampe mit WDL-Füllung, die relativ wenig Seltenerd-Halogenide enthält. Es zeigt sich dass die Effizienz etwa konstant bleibt mit leichtem Abfall bei hohen Werten, während die Konstanz des Lichtstroms mit zunehmendem WO3-Gehalt immer besser wird, verglichen mit dem Ausgangswert.
Es ergibt sich hier als vorteilhafter Kompromiss zwischen beiden Größen ein Wert von 0,1 bis 0,6 mg WO3, bevorzugt bis 0,4 mg WO3. Ein absoluter Wert für WO3 ist bevorzugt 0,012 bis 0,19 mg/ml, insbesondere 0,025 bis 0,075 mg/ml.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2009/075999 [0002]
US 6362571 [0002]
US 6356016 [0002]
US 7057350 [0003, 0008]
JP 57-128446 [0004]

Claims

Hochdruckentladungslampe mit einem Kolben aus Keramik, der ein Entladungsvolumen umgibt, wobei eine Füllung, die Quecksilber und Edelgas sowie Metallhalogenide enthält, im Entladungsvolumen untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung gleichzeitig Halogenide der Seltenen Erden und außerdem einen Sauerstoff-Dispenser enthält.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seltenerd-Halogenide Jodide von mindestens einem der Elemente Dy, Ho, Tm, Ce aufweisen.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallhalogenidfüllung des weiteren Halogenide des Thallium und/oder des Natrium enthält.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung CaJ2 enthält.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandbelastung des Entladungsgefäßes im Bereich 15 bis 30 W/cm² liegt.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelgas Argon, Xenon, Krypton oder Neon oder Mischungen davon ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Hg im Bereich 3 bis 60 mg/cm³ gewählt ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser WO2 oder WO3 ist, bevorzugt in einer Dosierung von 0,012 bis 0,19 mg/ml.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser Wolframoxihalogenid ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser CeO2 ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser durch Oxidieren der Elektrode oder von Teilen der Elektrode realisiert ist.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff-Dispenser dadurch realisiert ist, dass die Elektroden mit einem sauerstoffhaltigen Emitter begastet sind, vorzugsweise Barium-Yttrium-Wolframat.
Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sauerstoff-Dispenser Teile der Füllung wirken.