DE2519377A1

DE2519377A1 - Quecksilberdampf-hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE2519377A1
Application number: DE19752519377
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl Phys Pilz; Hanss-Peter Dr Popp
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1975-04-30
Filing date: 1975-04-30
Publication date: 1976-11-11
Also published as: FR2309974B1; FR2309974A1; GB1539429A; US4020377A

Description

Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH, München

Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe

Die Erfindung betrifft eine Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem, hochtemperaturfestem Material und in das Entladungsgefäß eingeschmolzenen Elektroden aus schwer schmelzbarem Metall und einer Füllung, die neben dem Quecksilber als Puffergas und einem Edelgas als Zündgas mindestens ein emittierendes Metallhalogenid und mindestens ein weiteres Metallhalogenid enthält.

Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampen, die Zusätze von Metallhalogeniden enthalten, sind bekannt. In der DT-PS 1 l84 008 werden beispielsweise als Zusätze die Halogenide der Metalle der I. - III. Gruppe des Periodischen Systems, in der DT-OS 1 9-40 539 besonders die Halogenide der Seltenen Erden verwendet. In der DT-OS 2 134 509 werden als Zusatz die Jodide von Natrium, Lithium, Cadmium, Thallium, Indium, Zinn, Dysprosium und Scandium, vorzugsweise die Kombination von Natrium, Thallium und Indium,angegeben. Aus der DT-AS 2 031 449 ist bekannt, als emittierende Substanz Jodide von Thallium, Scandium, Calcium, Cäsium, Dysprosium, Natrium, Samarium oder Zinn, Lanthan, Lithium und Barium und als nicht emittierende Puffersubstanz Jodide von Antimon, Arsen, Vismuth, Indium, Zink, Cadmium und Blei zu nehmen. Durch die zum Leuchten angeregten Zusätze turn Ouecksilber sollte bei den vorstehenden Latrp-öji möglichst weißes Licht ura eine hohe Licht ausbeute erreicht- werden. Lampen mit Zusätzen, die vorwiegend Strahlung der Reaonar linien emittieren, können hohe oder ii I '3:: Färbte -■;:-J- itur?n haben, doch ist die

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ORIQiNAL INSPECTBD

Farbwiedergabe meist nicht gut (R klein)» Lampen mit Zusätzen

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von Seltenen Erden zeigen dagegen ein Viellinienspektrum. Sie haben eine hohe Farbtemperatur von ca. 6000 K bei der geforderten hohen Lichtausbeute von über 70 lm/W und eine gute Farbwiedergabe (R groß). Weiterhin ist bekannt, daß Larapen mit Zusätzen von nur zum Leuchten angeregten Zinnhalogeniden zum Quecksilber eine kontinuierliche Molekülstrahlung mit einer vorwiegend niedrigen Farbtemperatur von ungefähr 4000 - 4500 K und eine gute Farbwiedergabe von R_a größer 85 aufweisen, die Lichtausbeute aber mit etwa 50 lm/W sehr niedrig ist und für viele Verwendungszwecke nicht ausreicht (DT-OS 1 539 583).

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lampe zu schaffen, die im Gegensatz dazu eine niedrige Farbtemperatur und dabei gleichzeitig eine hohe Lichtausbeute und eine gute Farbwiedergabe, also einen hohen Färb wiedergabe index R^ hat.

Die Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem, hochtemperaturfestem Material und in das Entladungsgefäß eingeschmolzenen Elektroden aus schwer schmelzbarem Metall und einer Füllung, die neben dem Quecksilber als Puffergas und einem Edelgas als ZUndgas mindestens ein emittierendes Metallhalogenid und mindestens ein weiteres Metallhalogenid enthält, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer niedrigen Farbtemperatur der Lampe unter 4500 K bei gleichzeitig hoher Lichtausbeute von größer 70 lm/W und guter Farbwiedergabe mit R größer als 70 Halogenide eines oder mehrerer

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der Seltenerdmetalle Dysprosium, Holmium, Thulium, Erbium, Terbium sur bevorzugten Anregung von Molekülemission im orange-roten Teil des Spektrums, Halogenide eines oder mehrerer der Alkali- und Erdalkalimetalle in Verbindung mit Thalliupihalogenid zur Erhöhung des Dampfdruckes der Seltenerdmetal!halogenide und ein im blauen Spektralbereich filterndes Mittel verwendet werden» Dabei kann das fil~ ternije Mittel gemäß der Erfindung aus der Füllung zugesetztem Ζχιϊκ- ;»odid besteher, oder aus einere auf dem Entlad-angs^efäß oder auf ders

Der Bogen ist wegen der geringen Größe des Brenners elektrodenstabilisiert, so daß keine Bogeninstabilitäten auftreten. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Elektroden aus schwer schmelzbarem Material, vorzugsweise Wolfram, mit 1 bis 3 Gev.J Dysprosiumoxid (Dy 0 ) aktiviert sind. Eine Aktivierung der Elek-

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troden mit Thoriumoxid ist auf alle Fälle auszuschließen, da das Thoriumoxid des Emitters eine Wechselwirkung mit dem eingefüllten Seltenerdhalogenid zeigt. Die Seltenerdhalogenide werden in die Oxide, das Thoriumoxid in ein Halogenid umgewandelt.

Weiterhin ist für ein gutes Verhalten der Lampe wichtig, daß das Entladungsgefäß optimal geformt ist, d.h., isothsrm ausgebildet ist. Dazu wurden theoretisch die Isothermen von zylinderförmigen Plasmaentladungen ermittelt, indem Berechnungen von zylinderförmigen Lichtbogen mit Oberflächenstrahlern, d.h. mit Elektroden, durchgeführt wurden. Es ergab sich eine ellipsoidale Brennerform, die an den Brennerenden mit einem kleineren Ellipsoid überlagert ist, so daß sich an den Enden eine Art Glockenform ergibt. Diese isotherme Brennerform vermeidet kalte Stellen, in denen der Partialdruck der Metallhalogenide herabgesetzt wird.

Eine vorzugsweise Füllung der Lampe besteht aus einem Zündgas und pro cm IO mg Hg, 0,6 mg Dy, 0,4 mg NaJ, 0,2 mg TlJ, 0,7 mg Sn, 1 mg HgJ und 0,9 mg Br₀, das einen Teil des stöchiometrisch notwendigen Jods ersetzt. Dabei wird durch die Molekülstrahlung des Dysprosiumjodids eine kräftige rote Emission erzielt. Der kleine Zusatz von Natriumiodid und Thalliumjodid bewirkt einen hohen Dampf druck des Dysprosiums durch Komplexmolekülbildung. Die Emission von Molekülkontinua und von Viellinienspektren bewirkt den guten Farbwiedergabeindex, die den Dampfdruck erhöhenden Zusätze von Natrium- und Thalliumjodid bewirken die hohe Lichtausbeute, der Zusatz von Zinnjodid schließlich bewirkt die Absorption blauer Strahlung und damit die niedrige Farbtemperatur. Das Quecksilber liefert ebenfalls einen hohen Druck und einen großen Stossquerschnitt und wird nicht angeregt. Der Zusatz an Brom bewirkt gegenüber dem Jod ein früheres Einsetzen des Halogenkreisprozesses.

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In der folgenden Tabelle sollen die Eigenschaften der verschiedenen Lampentypen übersichtlich zusammengefaßt werden:

250 - 400 W	30	- 35	lm/V	^TF	6000	K	Ra
Halogenglühlampe		80	ti	3200	6000	K	99
Linienstrahler		80	ti	4ooo -	6000	K	50 - 60
Viellinienstrahler	50	- 55	?l	5000 -	4ooo	K	85
Kontinuumstrahlor (Moleküle)		80	ti	4000 -		K	90
Lampe gemäß Er findung			3000 -	90

Die Tabelle zeigt eindeutig die Vorteile der erfindungsgemäßen Lampe,, bei hoher Lichtausbeute von 80 lm/W, guter Farbwiedergabe R_a 90 eine niedrige Färbtemperatur von 3200 K zu haben.

Die Lampen gemäß der Erfindung sind vorzugsweise für die Beleuchtung von großen Innenräumen, aber auch für die Straßenbeleuchtung geeignet.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Lampe gemäß der Erfindung wiedergegeben.

Figur 1 zeigt die Lampe mit Außenkolben, Figur 2 die relative spektrale Strahlungsverteilung der Lampe.

In Figur 1 ist das Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas isotherm ausgebildet und hat einen Innendurchmesser von 10 mm und ein Volumen von etwa 1 cm . An jedem Ende des Entladungsgefäßes befindet sich eine Elektrode 2 bzw. 3 aus mit Dyspros*iumoxid aktiviertem Wolfram. Die Elektroden 2 und 3 sind mittels Folieneinschmelzungen 4 und 5 mit den Stromzuführungen 6 und 7 verbunden. Der Elektrodenabstand beträgt 10 mm. Die Enden des Entladungegefäßes 1 sind mit einem die Wärmestrahlen reflektierenden Belag 8 bzw. 9 aus Zirkondioxid versehen. Das Entladungsgefäß 1 ist mit den Halterungen 10 bzw. 11 in einem an einem Ende mit dem Schraubsockel 12 versehenen Hüllgefäß angeordnet. Die Füllung des Entladungsgefäßes besteht aus einem

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Zündgas, z.B. Argon von 30 Torr,und pro cm 10 mg Hg, 0,6 mg Dy, 0,4 mg NaJ, 0,2 mg TlJ, 0,7 mg Sn, 1 mg HgJ₂ und 0,9 mg Br₂. Die Konstruktionsdaten und die Füllmengen gelten für eine Lampe mit einer Leistungsaufnahme von 250 W, die mit etwa 3 -\ betrieben wird und eine Brennspannung von etwa 100 V hat. Der Lichtstrom beträgt etwa 20 000 Im, die Lichtausbeute 80 lm/W. Die Farbtemperatur beträgt 3300 K, der Farbwiedergabeindex R_a = 90.

Aus der relativen spektralen Strahlungsverteilung in Figur 2 ist eindeutig das starke Molekülkontinuum des Dysprosiumhalogenids im roten Bereich des Spektrums ersichtlich. Im blau-grünen Teil des Spektrums dominiert die Viellinienstrahlung des Dysprosiumatoms; sie ist durch den Zusatz von Zinnjodid im Blauen reduziert. Der Zusatz von Natrium verändert das Spektrum nur wenig und ist nur schwach als Selbstabsorptionslinie zu sehen.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem, hochtemperaturfestern Material und in das Entladungsgefäß eingeschmolzenen Elektroden aus schwer schmelzbarem Metall und einer Füllung, die neben dem Quecksilber als Puffergas und einem Edelgas als Zündgas mindestens ein emittierendes Metallhalogenid und mindestens ein weiteres Metallhalogenid enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer niedrigen Farbtemperatur der Lampe unter 4500 K bei gleichzeitig hoher Lichtausbeute von größer 70 lm/W und guter Farbwiedergabe mit R_a größer als 70 Halogenide eines oder mehrerer der Seltenerdmetalle Dysprosium, Holmium, Thulium, Erbium, Terbium zur bevorzugten Anregung von Molekülemission im orange-roten Teil des Spektrums, Halogenide eines oder mehrerer der Alkali- und Erdalkalimetalle in Verbindung mit Thalliumhalogenid zur Erhöhung des Dampfdruckes der Seltenerdmetallhalogenide und ein im blauen Spektralbereich filterndes Mittel verwendet werden.
2. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das filternde Mittel der Füllung zugesetztes Zinnjodid ist.

3· Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 und 2,
3 dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe außer dem Zündgas pro era 10 mg Hg, 0,6 mg Dy, 0,4 mg NaJ, 0,2 mg TlJ, 0,7 mg Sn, 1 mg HgJ₂ und 0,9 ng Br „ enthält.
4. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das filternde Mittel ein auf dem Entladungsgefäß aufgebrachter Überzug ist.
5· Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das filternde Mittel aus dem Entladungsgefäßmaterial besteht.
6. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Entladungsbogen elektrodenstabilisiert ist.
7· Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus schwer schmelzbarem Material mit 1 bis 3 Gew% Dysprosiumoxid aktiviert sind.
8. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 7, daüuji.a gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß isotherm ausgebildet und mit glockenförmigen Elektrodenräumen versehen ist.

Dr.Hz/Wb

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