DE2317461A1

DE2317461A1 - Hochdruckentladungslampe mit metallhalogeniden

Info

Publication number: DE2317461A1
Application number: DE2317461A
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Ing Grabner; Hanns-Peter Dr Popp
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1973-04-06
Filing date: 1973-04-06
Publication date: 1974-10-24
Also published as: GB1450835A; US3897594A; FR2224871B1; JPS49129386A; FR2224871A1

Description

Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH, München

"Hochdruckeritladungslampe mit Metallhalogeniden" *)

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogeniden, die eine Leistungsaufnahme von mehr als 1000 W hat und deren Entladungsgefäß aus thermisch hochbelastbarem transparentem Material besteht.

Solche Lampen werden beispielsweise für Allgemeinbeleuchtung verwendet. In diesem Fall haben sie eine Bogenlänge, die ura ein Mehrfaches größer als der Lampendurchmesser ist. Der Bogen brennt eingeschnürt und füllt weniger als die Hälfte des Querschnittes des Entladungsgefäßes aus. Als Füllung enthalten diese Lampen neben Quecksilber Halogenide von Metallen, unter anderem die der Seltenen Erden (DT-PS 1 l84 008, DT-OS 2 l"06 447). Es sind aber auch Lampen dieses Typs bekannt, die für spezielle Beleuchtungszwecke verwendet werden. Diese Lampen haben einen kürzeren Bogen, einen sogenannten Mittelbogen, der ebenfalls eingeschnürt brennt. Spezifische Bogenleistung und Wandbelastung sind bei diesen Lampen höher. Die Füllung besteht aus Quecksilber und den Halogeniden der Seltenen Erden (DT-OS 1 94O 539, DT-OS 2 Il4 8o4). Die Farbwiedergabe der Lampen ist ausgezeichnet, so daß sie z.B. sehr gut für Farbfernsehaufnahmen und Farbfotografie geeignet sind.

Die bisher bekannten Hochdruckentladungslampen mit Halogeniden sind Atomstrahler und emittieren im sichtbaren Bereich ein Linienspektrum. Neben der linienhaften Ausstrahlung wird bei den bekannten Lampen, vor allem bei hohen Belastungen, auch ein schwacher kontinuierlicher Unter-

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grund beobachtet, der seinen Ursprung in der schmalen Aureole in den äußeren Bogenzonen hat. Die Farbe der Aureole erweist eich als abhängig von dem jeweiligen in der Entladung angeregten Metall.

Ziel der Erfindung ist es, Lampen mit erhöhtem Kontinuurasanteil zu erhalten.

Die Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogenide^, einer Leistungsaufnahme von mehr als 1000 V und einem Entladungsgefäß aus thermisch hochbelastbarem transparentem Material ist dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Elektrodenabstand zum Innendurchmesser des Entladungsgefäßes zwischen 0,05 und 1 pro Kilowatt Leistungsaufnahme der Lampe liegt und das Verhältnis von Leistungsaufnahme in Watt zum Volumen des Entladungsbogens in Kubikzentimetern zwischen 10 bis 100 beträgt. Dabei soll das Volumen des Gefäßteiles zugrunde gelegt werden, das sich zwischen den Elektroden erstreckt. Es ist vorteilhaft, wenn das Verhältnis von Elektrodenabstand zum Innendurchmesser des Entladungsgefäßes zwischen 0,1 und 0,5 pro Kilowatt Leistungsaufnahme der Lampe liegt und das Verhältnis von Leistungsaufnahme in Watt zum Volumen des Entladungsbogens in Kubikzentimetern zwischen 20 bis 50 beträgt.

Im Hinblick auf das Verhältnis von Elektrodenabstand zum Innendurchmesser, bezogen auf die Leistungsaufnahme, liegen die Mittelbogenlampen zwar innerhalb der beanspruchten Grenzen, doch haben sie bei dieser Geometrie ein wesentlich höheres Verhältnis von Leistungsaufnahme zum Volumen, was bedeutet, daß die absoluten Werte aller Abmessungen wesentlich kleiner sind und damit die Innenwandtemperaturen sehr hoch werden. Die Metallhalogenidlampen, wie sie für Allgemeinbeleuchtungezweck· verwendet werden, liegen dagegen mit dem Verhältnis ihrer Leistungsaufnahme zum Volumen: in der beanspruchten Größenordnung, doch,ist bei ihnen das Verhältnis von Elektrodenabstand zum Innendurchmesser,, bezogeil auf die Leistungsaufnahme, größer als bei den Lampen gemäß der Erfindung* Das bedeutet, daß die erfindungsgemäßen Lampen einen größeren Innendurchmesser

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aufweisen. Trotzdem ist die Entladung bei den erfindungsgemäßen
Larapen unerwarteterweise wandstabilisiert.

Gegenüber den bekannten Larapen hätte man bei den Lampen gemäß der
Erfindung erwarten müssen, daß durch die Vergrößerung ihres Entladungsgefäßdurchmessers der Bogen instabil wird und wegen der
niedrigeren Vandtemperatur und des dadurch geringeren Dampfdruckes
des Metallhalogenide ein starker Rückgang der Lichtausbeute erfolgen
würde.

Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, daß der Bogen sich bei
den erfindungsgemäßen Lampen wesentlich, und zwar auf mindestens
80% des Durchmessers des Entladungsgefäßes, meist 90% und mehr, verbreitert. Auch der befürchtete Lichtausbeuterückgang tritt nicht ein.

Neben einem schmalen lichtstarken Entladungskern hoher Temperatur mit .atomarer Strahlung entsteht bei den Lampen gemäß der Erfindung unerwarteterweise eine breite Ringzone niedrigerer Temperatur, aus der
Kontinuumsstrahlung merklicher Intensität emittiert wird. In dieser
Ringzone sind die Metallhalogenide infolge der niedrigeren Temperatur nicht dissoziiert. Bei der Kontinuumsstrahlung handelt es sich demnach um Molekularstrahlung der Metallhalogenide. Das geht u.a. daraus hervor, daß die Spektren in charakteristischer Weise abhängig sind von
dem betreffenden Metall und dem betreffenden Halogen. Die für das Metall charakteristischen Strahlungsmaxima verschieben sich bei Ersetzen von Jod durch Brom bei allen Metallhalogeniden zu kürzeren Wellenlängen hin.

Vorteilhaft ist eine Füllung der Lampe, die aus einem Edelgas als Grundgas, Quecksilber und den Halogeniden der Seltenen Erden, vorzugsweise Dysprosium, besteht.

Aus den für die Lampen gemäß der Erfindung angegebenen Werten ist ersichtlich, daß die Lampen, vor allem bei höheren Leistungen, mit hohen

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Strömen, vorzugsweise mit mindestens 25 Ampere, betrieben werden. Für solche hohen Ströme haben die Lampen an jedem Ende eine Einschmelzung, die aus einem Becher aus hochschmelzendem Material, vorzugsweise Molybdän, besteht, dessen Boden den Entladungsraum abschließt. Der Mantel des Bechers ist zum Becherrand hin konisch verjüngt und vakuumdicht in das vorzugsweise aus Quarz und Vycor bestehende Material des Lampenfußes eingeschmolzen* Durch den Boden des Bechers ist der Stromzuführungsstab, der auf seinem dem Entladungsraum zugewandten Ende die Elektrode trägt, vakuumdicht geführt. Kurz vor dem Becherboden ist der Stromzuführungsstab mit wärmestauenden Ringnuten und hinter dem Becherboden mit einer Stützscheibe versehen. An der vom Entladungsraum abgewandten Seite der Stützscheibe liegt das Lampenfuß-Material dicht an. Die Lampe kann von einem Hüllkolben umgeben sein, der vorzugsweise mit einem dielektrisch festen Gas geringen Druckes gefüllt ist.

Die Lampen gemäß der Erfindung haben den Vorteil hoher Leistungsstärke bei einem für den optischen Wirkungsgrad günstigen kurzen Bogen. Die niedrige Wandbelastung wirkt sich vorteilhaft auf die Lebensdauer der Lampen aus. Die aus einem großen Volumenbereich des Lichtbogens emittierte starke Molekularstrahlung gibt einen günstigen Anteil besonders im roten Spektralbereich. Wegen der erstmals in solchen Lampen möglichen hohen Stromstärken ist der Betrieb der Lampen, auch bei Leistungsaufnahmen größer als 3 kW, an 220 V Wechselspannung möglich.

In den Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in scheraatischer Darstellung wiedergegeben.

Figur 1 zeigt eine Lampe gemäß der Erfindung,

Figur 2 die von der Lampe emittierte Strahlungsflußverteilung.

In der Figur 1 besteht das Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas von 2 bis 3 mm Wandstärke. Sein Innendurchmesser beträgt 60 mm. An jedem Ende des Gefäßea

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befindet sich je eine Elektrode 2 und 3 aus schwer schmelzbarem Metall, z.B. aus Wolfram. Der Elektrodenabstand beträgt 50 "im. Die stromzuführenden Elektrodenstäbe 4 und 5 aus VoIfram, die durch den Boden 6 des Bechers 7 aus Molybdän vakuumdicht geführt sind, sind mit Wärmestaunuten 8 versehen und tragen eine Stützscheibe 9, gegen die das Lampenfuß-Material aus Quarz und Vycor dicht anliegt. Die Dichtung der Einschmelzung erfolgt am Becherrand 1O. Das Entladungsgefäß hat eine Füllung von 50 Torr Xenon, 150 mg Quecksilber, 33 mg DyJ , 10 rag TlJ. Das Volumen von 1 beträgt 110 cm-*. Die Temperatur der Innenwand des Entladungsgefäßes beträgt etwa 900°C, der Betriebsdruck etwa 2 at. Die Füllmengen und die Konstruktionsdaten gelten für eine Lampe mit einer Leistungsaufnahme von 4 kW, die an 220 V Wechselspannung betrieben wird. Die Brennspannung beträgt 115 V, die Stromstärke 40 A. Die Lampe brennt lageunabhängig. Die Leistungsaufnahme pro cra·^ beträgt etwa 36 W/cm'_t das Verhältnis von Elektrodenabstand zum Innendurchmesser des Entladungsgefäßes pro kW ist ca. 0,2. Die Lichtausbeute beträgt 100 lm/W, der Farbwiedergabeindex liegt über 90.

Der Aufbau der Entladung ist in der Figur 1 schematisch eingezeichnet. Um den schmalen lichtstarken Entladungskern 11 hoher Temperatur mit atomarer Strahlung befindet sich die breite Ringzone 12 niedrigerer Temperatur, in der die Molekülarstrahlung ihren Ursprung hat. Die Bogenbreite beträgt etwa 90% des Entladungsgefäßdurchmessers.

Die in der Figur 2 wiedergegebene, auf einen Lichtstrom von 1000 Im normierte Strahlungsflußverteilung zeigt ihren gleichmäßigen Verlauf über den gesamten sichtbaren Spektralbereich. Bemerkenswert ist der hohe Rotanteil, der aus der breiten Ringzone der Entladung als Molekülstrahlung des Dysprosiumjodids emittiert wird.

- Patentansprüche -

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

/l. ) Hochdruckentladungslarape mit Metallhalogeniden, einer Leistunga-— aufnahme von mehr als lOOO W und einem Entladungsgefäß aus thermisch hochbelastbarem transparentem Material, dadurch, gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Elektrodenabstand zum Innendurchmesser des Entladungsgefäßes zwischen 0,05 und 1 pro Kilowatt Leistungsaufnahme der Lampe liegt und das Verhältnis von Leistungsaufnahme in Watt zum Volumen des Entladungsbogens in Kubikzentimetern zwischen 10 bis 100 beträgt.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Elektrodenabstand zum Innendurchmesser des Entladungsgefäßes zwischen 0,1 und 0,5 pro Kilowatt Leistungsaufnahme der Lampe liegt und das Verhältnis von Leistungsaufnahme in Watt zum Volumen des Entladungsbogens in Kubikzentimetern zwischen 20 bis 50 beträgt.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des leuchtenden Teils des Entladungsbogens mindestens 80%, vorzugsweise über 90%, des Durchmessers
des Entladungsgefäßes beträgt.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke der Lampe mindestens 25 A beträgt.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe an jedem Ende eine Hochstromeinschraelzung hat, die aus einem Becher aus hochschmelzendem Material, vorzugsweise Molybdän, besteht, dessen Boden den Entladungsraum abschließt

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und dessen zum Becherrand hin eich konisch verjüngender Mantel im Material des Lampenfußes, vorzugsweise Quarz und Vycor, vakuumdicht eingeschmolzen ist, und aus einem Stromzuführungsstab aus schwer schmelzbarem Metall besteht, der durch den Becherboden vakuumdicht geführt ist, auf seinem dem Entladungsraum
zugewandten Ende die Elektrode trägt und der kurz vor dem Becher· boden mit Ringnuten zum Wärmestauen und hinter dem Becherboden mit einer Stützscheibe versehen ist, auf deren vom Entladungsraum abgewandter Seite das Material des Lampenfußes anschließt.
6. Hochdruckentladungslarape nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe von einem Hüllkolben umgeben ist.

Dr. Hz/Wg.

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