DE2711733C2 - Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe - Google Patents

Description

aufweisen, gekennzeichnet durch eine Strahlungsabsorptionsvorrichtung (7, 8, 11), die selektiv Rotstrahlung mit einer Wellenlänge größer als etwa 620 nm absorbiert und so ausgebildet ist, daß sie den Kolben (2) wenigstens teilweise umgibt

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabsorptionsvorrichtung (7,8,11) eine Grenzwellenlänge im Bereich von 620 bis 6SO nm aufweist

IS 3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabsorptionsvorrichtung

(7, 8,11) aus einem Glas besteht, das Phosphorpentoxid als Hauptkomponente und eine geringe Menge

Eisenoxid als Zusatz enthält 4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungs^bsorbierende Glas einen die

Entladungslampe (1) einschließenden Außenkolben (7) bildet S. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabsorptions-

vorrichtung (8) Strahlung mit einer Wellenlänge von 620 nm oder kürzer reflektiert

6. Lampe nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Strahlungsabsorptionsvorrichtung um eine Mehrfachschicht handelt, die Schichten aus Magnesiumfluorid und Zinksulfid aufweist

7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfachschicht die Innenfläche der Rückwand eines die Entladungslampe (1) einschließenden Reflektor-Außenkolbens (9) bedeckt

8. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabsorptionsvorrichtu^g auf einem die Entladungslampe (1) umschließenden Außenkolben (7, ">) gebildet ist.

9. Lampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Außenkolbens (7,9) mit einem bläulichen anorganischen Pulver beschichtet ist

Die Erfindung betrifft eine Natrium-Hochdruckentladungslampe mit einem Aluminiumoxidkolben, der Natrium, ein Edelgas als Zündgas, ein Puffergas mit Quecksilber und/oder Cadmium und dicht in den Kolben eingeschlossene Entladungselektroden enthält, wobei der in Millimetern ausgedrückte Innendurchmesser ddes Kolbens und ein in V/cm ausgedrückter Potentialgradient E die Beziehung

E S: 37,7-2,05*/

aufweisen.

Solche Natriumdampf-Hochdruckentladungslampen sind bekannt (US-PS 3898504, DE-OS 2160960) und haben eine gute Farbwiedergabe.

Es ist schwierig, eine solche Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe mit einer Farbtemperatur über 2500 K zu verwirklichen. Obwohl es theoretisch möglich ist, die Farbtemperatur einfach durch Erhöhen des Natriumdrucks im Entladungskolben auf 2500 K bis 3500 K zu erhöhen, führt eine solche Erhöhung des Drucks zu Unzulänglichkeiten, wie einer Herabsetzung des Wirkungsgrades und einer übermäßigen Erhöhung der Lampenspannung, wodurch die Gebrauchsfähigkeit der Lampe verschlechtert wird. Der generelle Farbwiedergabeindex und die Farbtemperatur der Lampe sind definiert und erläutert in der C.I.E. (Commission Internationale de l'Eclairage)-Empfehlung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe verfügbar zu machen, die zusätzlich zu einer zufriedenstellenden Farbwiedergabe und einem zufriedenstellenden Wirkungsgrad eine hohe Farbtemperatur zu erbringen vermag.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine Strahlungsabsorptionsvorrichtung, die selektiv Rotstrahlung mit einer Wellenlänge größer als etwa 620 nm absorbiert und so ausgebildet ist, daß sie den Kolben wenigstens teilweise umgibt.

Durch die Erfindung ist eine Natriumdampf-Hochdruckentladungslaimpe geschaffen, mit einer Farbtemperatur von mehr als 3000 K, einem generellen Farbwiedergabeindex von 60 bis 90 und einem zufriedenstellenden Wirkungsgrad. Diese Vorteile werden erhalten ohne ungünstige Erhöhung der Lampenspannung oder der Kolbenwandbelastung, so daß die Lampe mit einem wirtschaftlichen Vorschaltgerät arbeiten kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lampe sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformeii näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigt

F i g. I eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Entladungslampe eines Ausfuhrungsbeispieles der Erfindung; f⁷ig. 2 eine Seitenansicht einer Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe, welche die Entladungslampe der Fig. 1 enthält;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der spektralen Kennlinie der spezifischen Lichtdurchlässigkeit einer in der erfindungsgemäßen Lampe nach Fig. 2 verwendeten Strahlungsa.bsorptionsvorrichtung;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der spektralen Lichtenergieverteiiung der in Fig. 2 gezeigten Lampe;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe mit der in Fig. 1 gezeigten Entladungslampe;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der spektralen Kennlinie des Lichtreflexionsvermögens einer weiteren Strahlungsabsorptionsvorrichtung, die in (ier erfindungsgemäßen Lampe nach Fig. 5 verwendet wird; Fig. 7 eine graphische Darstellung der spektralen Lichtenergieverteilung der in Fig. 5 gezeigten Lampe;

Fig. 8 eine graphische Darstellung, welche die Farbtemperatur Tc (als absolute Temperatur K), die Wirkungsgradverringerung Δη (in %) und den generellen Farbwiedergabeindex Ra der erfindungsgemäßen Lampe in Abhängigkeit von der Grenzwellenlänge Ac(in nm) der Strahlungsabsorptionsvorrichtung zeigt: und

F i g. 9 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsfonn einer erfindungsgemäßen Natriumdanpf-Hochdruckentladungslampe.

Eine Natrium-Hochdruckeatladungslampe gemäß einer bevorzugten Ausfährungsform umfaßt eine in Fi g. 1 gezeigte Entladungslampe 1, deren Kolben 2 aus durchscheinendem polykristallinem Aluminiumoxid hergestellt ist und eia Paar Elektroden 5 aufweist, die je von einer Durchführungsmetallröhre 4 aus Niob gehalten werden. Die Niobröhren 4 durchdringen Endscheiben 3 und werden von diesen gehalten. Diese Endscheiben 3 sind aus Keramik hergestellt und dichten beide Enden des Kolbens 2 ab. Der Kolben 2 enthält Natrium als ein Metall zur Strahlungserzeugung, Quecksilber oder Cadmium als ein Puffergas und Xenon als Zündgas. Der Kolben 2 weist einen Innendurchmesser dim Bereich von 6,3 mm bis 13,5 mm auf. Der Zwischenelekirodenabstand L liegt im Bereich von 25 mm bis 82 mm. Die Natriummenge liegt im Bereich von 3 mg bis 15 mg, und die Quecksilbermenge liegt im Lereich von 3 mg bis 60 mg für jeden Kolben. Xenon als das Zündgas ist in solcher Menge enthalten, daß es bei Raumtemperatur einen Druck von etwa 26 mbar aufweist.

Durch Verwendung der folgenden gleichwertigen Substanzen anstelle der erwähnten Teile und Elemente können Abänderungen vorgenommen werden: Der Kolben 2 kann aus einkristallinem Aluminiumoxid hergestellt sein. Bei dem als Quelle des Puffergases verwendeten Metall kann es sich um 10 mg bis 80 mg Cadmium handele Beim zündenden Edelgas kann es sich um Neon-Argon-Penninggas (Ne mit 0,1 bis 1,0% Ar) mit etwa 26 mbar bei Zimmertemperatur handeln.

Die Entladungslampe 1 ist dicht in einen Außenkolben 7 eingeschlossen (Fig. 2), in dem beide Durchführungsmetallrohre 4 elektrisch mit bekannten unedlen Metallen 71 und 72 eines Sockels verbunden sind. Im allgemeinen ist der Innenraum des Außenkolbens 7 evakuiert.

Der Außenkolben 7 ist aus einem als Strahlungsabsorptionsvorrichtung dienenden Infrarot- oder Wärmestrahlen absorbierenden Glas hergestellt, beispielsweise aus einem Glas, das Phosphorpentoxid (P2O5) als Hauptbestandteil und eine geringe Menge Eisenoxid (FeO) enthält. Die Spektralkennlinie des Glases des Außenkolbens 7 ist gemäß Fig. 3 derart, daß Strahlungsenergie der spektralen Komponenten, die über die Wellenlänge von etwa 600 nm hinausgehen, unterdrückt werden. Demgemäß ist bei einer verwirklichten Ausführungsform der Entladungslampe 1, die für den Betrieb mit einer Lampeneingangsleistung von 400 Watt ausgelegt ist, die spektrale Energieverteilung der Strahlungsenergie zufriedenstellend verbessert, wie es in F i g. 4 durch die Kurve » a« gezeigt ist, und zwar im Gegensatz zu der durch die gestrichelte Kurve » b« dargestellten Verteilung für die gleiche Lampe mit einem herkömmlichen, nicht gefärbten Außenkolben aus Molybdänglas (gewöhnliches Hartglas). Gemäß Fig. 4 ist bei der spektralen Lichtenergieverteilung der erfindungsgemäßen Lampe jeder Teil der Strahlungsenergie, welcher im Wellenlängenbereich über 620 nm liegt, durch das bläulich gefärbte, wärmestrahlungabsorbierende Glas beträchtlich unterdrückt, und demzufolge erhält man eine resultierende Farbtemperatur der Lampe von 3030 Kund einen generellen Farbwiedergabeindex von etwa 86. Die erwähnte Farbtemperatur von 3030 K stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber derjenigen von 2500 K der herkömmlichen Lampe dar. Als eine abgewandelte Ausführungsform kann ein wesentlicher Teil der Innenoberfläche eines herkömmlichen, nicht gefärbten Außenkolbens aus gewöhnlichem Hartglas mit einer Schicht oder einem Film des erwähnten wärmestrahlungabsorbierenden Glases oder einem Pulver aus bläulichem anorganischen Pigment, beispielsweise Azurblau, Preußischblau oder Kobaltblau, beschichtet werden.

Bei einer in Fig. 5 gezeigten anderen Ausfuhrungsform ist die im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterte Entladungslampe in einem Außenkolben 9 des Reflektorlampentyps angeordnet und nicht eingeschlossen. Der Reflektorlampenaußenkolben 9 weist eine Reflexionsschicht 8 auf, die auf der Innenfläche der Rückwand gebildet ist. Die Reflexionsschicht 8 weist die Eigenschaft auf, daß sie die spektrale Komponente des reflektierten Lichtes mit einer Wellenlänge von mehr als 620 nm unterdrückt. Die als Strahlungsabsorptionsvorrichtung wirkende Reflexionsschicht 8 reflektiert nämlich blaue und grüne Strahlung stark und reflektiert Rotstrahlung schwächer, da sie letztere teilweise absorbiert. Als eine solche Reflexionsschicht 8 kann eine mehrschichtig aufgedampfte Schicht verwendet werden, die Schichten aus Magnesiumfluorid (MgFj) und Zinksulfid (ZnS) aufweist. Fig. 6 zeigt die spektrale Kennlinie des Lichtreflexionsvermögens der mehrschichtigen MgFj-ZnS-Reflexionsschicht 8. Wie Fig. 6 zeigt, liegt das Reflexionsvermögen für Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 620 nm unterhalb 60%. Fig. 7 zeigt die spektrale Strahlungsenergieverteilung der Lampe gemäß Fig. 5. Durch Unterdrücken von Rotstrahlung mit einer Wellenlänge größer als 620 nrn durch die Reflexionsschicht 8 ist die Farbtemperatur verbessert.

Die fertige Lampe weist folgende Eigenschaften auf: Eine Lampeneingangsleistung von 150 Watt, eine Farbtemperatur von 2980 K und einen generellen Farbwiedergabeindex von 85.

F i g. 9 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform, bei der eine Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe 10 mit einem Außenkolben aus üblichem, nicht gefärbtem, gewöhnlichem Hartglas in einer Reflektorhaube angeordnet ist, die eine Frontplatte 11 aus wärmestrahlungabsorbierendtin Glas als lichtabsorbierende Vorrichtung aufweist. Bei dem wärmestrahlungabsorbierenden Glas handelt es sich beispielsweise um ein Glas, das Phosphorpentoxid (P2Os)als Hauptbestandteil und eine geringe Menge Eisenoxid (FeO) aufweist und den Durchlaß von Licht mit einer Wellenlänge oberhalb 620 nm unterdrückt.

Tabelle 1 dient dem Vergleich der Eigenschaften von Beispielen erfindungsgemäßer Natriumdampf-Hochdiruckentladungslampen, die man auf Farbtemperaturen von etwa 3000 K gebracht hat, und zwar unter Verwendung der Entladungslampe mit einer Farbtemperatur von etwa 2500 K, mit den Eigenschaften von Beispielen herkömmlicher Natriumdampf-Hochdruckentladungslampen, die durch beträchtliche Erhöhung des Natriumdampfdrucks auf gleiche Farbtemperatur (d. h. etwa 3000 K) gebracht worden sind.

Tabelle 1

	Innendurchmesser »rf«	gemäß Erfindung	Fig. 2	Fig.5	Fig.9	Stand der	Technik
	Zwischeneiektroden-	Fig. 2	400 W	150 W	150 W	150W	400W
Beispiel, gemäß	abstand »L«	150W	11,5 mm	7,6 mm	7,6 mm	7,6 mm	11,5 mm
Typ	In der Lampe	7,6 mm	52 mm	35 mm	35 rnrn	35 mm	52 mm
	enthaltene Substanz1)	35 mm
	Strahlungsabsorp-	Na 8,6 mg	wie links	angegeben
ca	tionsvorrichtung	Hg 32 mg
a		Xe 26 mbar	wie links	*	Vorderplatte	keine	wie links
<,		Außenkolben			der Lampen	**
		aus wärmeab			haube aus
		sorbierendem			wärmeabsor
	Eingangsleistung	Glas			bierendem
	Lampenspannung				Glas
	Färb temperatur		400W	150 W	15 W	150 W	400 W
	genereller Farb	150W	118 V	100 V	103 V	142 V	172 V
	wiedergabeindex	103 V	3030K	3010K	3010	2990K	3000K
XJ	Wirkungsgrad	3010K	86	85	87	72	71
trie	87
co		71 lm/w			38 lm/w	50 lm/w
	53 lm/w

') Wenn (Ne + 0,5 % Ar) -Gas mit 26 mbar anstelle von Xe eingeschlossen ist, veringert sich der Wirkungsgrad um einige % gegenüber

der Tabelle; die anderen Werte bleiben jedoch im wesentlichen unverändert * Rotlicht absorbierende Reflexionsschicht auf dem hinteren Teil des Außenkolbens ·* Kolben aus gewöhnlichem Hartglas (Molybdänglas)

Wie man Tabelle 1 entnehmen kann, zeigen die erfindungsgemäßen Lampen eine gute Farbwiedergabe und einen guten Wirkungsgrad für eine Farbtemperatur von etwa 3000 K, während die Lampen gemäß Stand der Technik eine recht hohe Lampenspannung benötigen, einen niedrigen Wirkungsgrad haben und eine schlechte Farbwiedergabe aufweisen, wenn sie so hergestellt werden, daß sie eine so hohe Farbtemperatur von etwa 3000 K erreichen.

Fig. 8 zeigt Kurven einer Computersimulation für Lampen mit dem Aufbau gemäß Fig. 2, und zwar mit folgenden Einzelheiten für die Entladungslampen:

Innendurchmesser d	11,5 mm
Zwischenelektrodenabstand L	52 mm
in der Lampe enthaltene
Substanz
Na	8,6 mg
Hg	32 mg
Xe	26 mbar
Eingangsleistung	400 und 450 W für
Farbtemperaturen von	2500 K bzw. 2800 K

Die Simulation wurde unter der Bedingung ausgeführt, daß die Strahlungsenergie von den Entladungslampen der erwähnten Beispiele durch ein als Lichtabsorptionsvorrichtung wirkendes ideales Hochpaßfarbfilter unterdrückt ist, das Strahlung mit Wellenlängen unterhalb der Grenzwellenlänge Xc und Grenzstrahlung mit Wellenlängen bei und oberhalb Acdurchläßt In Fig. 8 zeigen durchgehende Linien a, b und cFarbtemperatur, Wirkungsgradabnahme (aufgrund des Farbfilters) und generellen Farbwiedergabeindex für die Entladungslampe mit der Farbtemperatur von 2500 K; gestrichelte Linien a\ b' und d zeigen die entsprechenden Werte für die Entladungslampe mit der Farbtemperatur von 2800 K

Gemäß den Kurven der Fig. 8 haben die Farbtemperaturkurven α und d maximale Gradienten im Bereich der Grenzwellenlänge Xc von 620 bis 650 nm. Durch Wahl der Grenzwellenlänge im Bereich von 620 bis 650 nm kann man daher die Farbtemperatur der Lampe innerhalb eines weiten Bereiches von 3000 Kbis 6000 K wählen für die Entladungslampe mit der Farbtemperatur von 2800 K, oder im Bereich von 2800 K bis 5000 K für die Entladungslampe mit der Farbtemperatur von 2500 K. Ferner liegen fur einen solchen Grenzwellenlängenbereich die Wirkungsgradabnahmen der Lampen höchstens innerhalb ledig'ich 20%, und man kann fur den generellen Farbwiedergabeindex Ra einen so hohen Wert wie 60 bis 90 erhalten. Für eine Grenzwellenlänge Ac kleiner als 620 nm fallt der generelle Farbwiedergabeindex Ra rasch ab, was zu einer schlechten Farbwiedergabe führt. Bei einer Grenzwellenlänge von über 650 nm wird die Farbtemperatur Tc nicht erhöht.

Die Kurven c und d fur den generellen Farbwiedergabeindex weisen Spitzen im Bereich der Grenzwellenlänge von 620 bis 650 nm auf. Wenn die Grenzwellenlänge von 630 nm nach 700 nm hin kürzer wird, wird der generelle Farbwiedergabeindex Ra nämlich groß. Diese Erscheinung ist eine Eigenheit der Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe, bei der eine Verbreiterung der Strahlungsenergie der Entladungslampe im gesamten sichtbaren Bereich vorherrscht, wenn der Natriumdampfdruck zunimmt. Speziell wenn der Natriumdampfdruck so hoch ist, daß er zu einer Farbtemperatur von 2300 K bis 2400 K oder mehr fuhrt (eine solche is Bedingung wird dadurch verwirklicht, daß die Temperatur des kühlsten Punktes der Lampe erhöht wird), wird die Rotstrahlungsenergie dominant. Demzufolge wird der Abflachungseffekt für die Zone roter Farbe übermäßig, wodurch der generelle Farbwiedergabeindex Ra verringert wird. Wie zuvor erläutert, führt deshalb das Abschneiden des Übermäßigen rotstrahlenden Lichtes zu einer Verbesserung des generellen Farbwiedergabe- _

indexes Ra. Das erwähnte, der Natrium-Hochdruckentiadungsiampe.eigene Phänomen kann man nur bei einer 20 §§ Entladungsbedingung beobachten, bei der der Natriumdampfdruck über einem spezifischen Wert liegt. Eine |f

solche Bedingung des Natriumdampfdruckes erhält man, wenn folgende Bedingung erfüllt ist:

E 2: 37,7-2,05d.

Dabei bedeuten E (V/cm) einen durchschnittlichen Spannungsgradientsn und d (mm) den Innendurchmesser der Entladungslampe.

Mit einem niedrigeren durchschnittlichen Spannungsgradienten, der obige Ungleichung nicht erfüllen kann, kann selbst dann, wenn die Strahlungsenergie des Langwellenlängenbereiches abgeschnitten ist, der generelle Farbwiedergabeindex Ra der Fig. 8 nicht erhöht werden, und es wird lediglich die Farbtemperatur erhöht.

Obwohl die beschriebene Computersimulation auf der Bedingung beruht, daß eine ideale lichtabsorbierende Vorrichtung verwendet wird, d. h. ein ideales Hochpaßfarbfilter, läßt sich die Simulation durch Experimente gut bestätigen.

Wie zuvor erläutert, führt eine Erhöhung der Farbtemperatur der Entladungslampe der Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe an sich zu einer Verschlechterung der Lampenlebensdauer. Besonders für eine Farbtemperatur der Entladungslampe von über 2800 K wird die Lebensdauer sehr kurz. Demzufolge sollte die Arbeitsbedingung der Entladungslampe so gewählt werden, daß die Farbtemperatur der Entladungslampe niedriger als 2800 K gehalten wird. Um ein stabiles Langzeitarbeiten sicherzustellen, ist es zu bevorzugen, die Farbtemperatur der Entladungslampe auf weniger als 2700 K zu halten.

Erfindungsgemäß kann bei Verwendung einer Entladungslampe mit einer Farbtemperatur von etwa 2500 K eine resultierende Farbtemperatur der Lampe von etwa 3000 K oder höher zusammen mit einem guten Wirkungsgrad und einer hohen Farbwiedergabe erreicht werden.

Da eine hohe Farbwiedergabe und eine hohe Farbtemperatur erhältlich sind, eignet sich die erfindungsgemäße Lampe zur Verwendung in der Innenraumbeleuchtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe mit einem Aluminiumoxidkolben, der Natrium, ein Edelgas als Zündgas, ein Puffergas mit Quecksilber und/oder Cadmium und dicht in den Kolben eingeschlossene

S Entladungselektroden enthält, wobei der in Millimetern ausgedrückte Innendurchmesser rf des Kolbens und ein in V/cm ausgedrückter Potentialgradient E die Beziehung

E ä 37,7-2,O5</