DE2826733C2

DE2826733C2 - Hochdruck-Metalldampf-Entladungslampe

Info

Publication number: DE2826733C2
Application number: DE2826733A
Authority: DE
Inventors: Daniel Michael Kirtland Ohio Cap; William Harold Novelty Ohio Lake
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-07-05
Filing date: 1978-06-19
Publication date: 1982-07-29
Also published as: DD138925A5; IT7825361A0; FR2397066B1; FR2397066A1; GB2000637A; JPS6253904B2; CH635957A5; JPS5463567A; BR7804360A; AU505333B1; NL187327B; CA1111483A; SE7807546L; SE435333B; DE2826733A1; ES471432A1; GB2000637B; NL7807285A; MX145363A; IT1096968B

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In der DE-OS 1940 539 ist eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe für allgemeine Beleuchtungszwecke beschrieben, für die beispielhafte Leistungsaufnahmen von 500 Watt, 600 Watt und 5 k-Watt angeben sind. Diese Lampe hat ein Entladungsgefäß mit einer vorzugsweise ellipsoiden Gestalt, dessen Verhältnis von Länge X zu Durchmesser D daher vorzugsweise größer als 1 ist. Das Entladungsgefäß enthält eine Füllung aus Quecksilber und Metallhalogenid. In das Entladungsgefäß erstreckt sich ein Paar auf Zuleitungen angeordnete Elektroden, deren gegenüberliegende Spitzen im Abstand L voneinander liegen, und schließlich sind Halsdichtungen vorhanden, um die Zuleitungen hermetisch mit dem Kolben zu verbinden. Der Erfindung nach der DE-OS 19 40 539 lag die Aufgabe zugrunde, die Lichtausbeute der obigen Lampe zu verbessern. Dies erfolgt unter anderem dadurch, daß die Lampe mit einer Wandbelastung von 10— 100 Watt/cm-, vorzugsweise 20-60 Watt/cm-, und einer Bogenbelastung von 100 bis 1000 Watt/cm, vorzugsweise 150 — 850 Watt/cm, betrieben wird.

-, Die Wandbelastung wird bestimmt durch die Eingangsleistung in Watt dividiert durch die äußere Strahlungsoberfläche des Entladungsgefäßes.

Wegen der hohen Wandbelastung darf d:e Lampe nach der DE-OS 19 40 539 keinen Außenkolben

κι aufweisen, wie er bei Lampen der eingangs genannten Art üblich ist Die Lichtausbeute bei der Lampe nach der genannten DE-OS beträgt je nach Leistungsaufnahme 90 bis 130 Im/Watt. Nachdem die obere Lichtausbeute von 130 Im/Watt eine Leistungsaufnahme von 5 k-Watt

ι -, erfordert und die untere Lichtausbeute von 90 Im/Watt bei einer Leistungsaufnahme von 500 Watt erhalten wird, ist davon auszugehen, daß die Lampe nach der DE-OS 19 40 539 tür eine Leistungsaufnahme von mindestens 500 Watt vorgesehen ist

j» In der DE-OS 25 19 377 ist eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einem Entladungsgefäß mit einer ellipsoiden Gestalt d. h. mit einem Verhältnis von Länge X zu Durchmesser D von größer als 1 beschrieben, das eine Füllung aus Quecksilber und Metallhalogenid enthält In das Entladungsgefäß erstrecken sich auf Zuleitungen angeordnete Elektroden, deren Spitzen einen Abstand L voneinander haben. Außerdem sind Halsdichtungen vorhanden, um die Zuleitungen hermetisch mit dem Kolben zu verbinden.

Der Erfindung nach der DE-OS 25 19 377 lag die Aufgabe zugrunde, eine Lampe zu schaffen, die eine niedrige Farbtemperatur unter 4500 K bei gleichzeitig hoher Lichtausbeute von mehr als 70 Im/Watt und einer guten Farbwiedergabe, d. h. einen Farbwiedergabeindex Ra von mehr als 70 hat. Diese Aufgabe wird u. a. durch Verwendung bestimmter Seltener Erdmetallhalogenide gelöst. Als Leistungsaufnahme ist für die Lampe nach der DE-OS 25 19 377 ein Bereich von 250 bis 400 Watt genannt und innerhalb dieses Bereiches wird bei einer Farbtemperatur von 3000 bis 4000 K eine Lichtausbeute von maximal 80 Im/Watt und ein Farbwiedergabeindex Ra von maximal 90 erzielt.

Lampen mit derart hohen Leistungsaufnahmen sind jedoch für allgemeine Beleuchtungszwecke im Haushalt oder ähnlichem zu stark. Es sind auch Metallhalogenidlampen mit einer mittleren Leistungsaufnahme für allgemeine Beleuchtungszwecke bekannt, doch ist deren Lichtausbeute, verglichen mit Lampen der großen Leistungsaufnahme, gering. So offenbart z. B. die japanische Patentveröffentlichung Nr. Sho 46/1971-21433 eine 250 Watt-Metallhalogenidlampe, die Lichtausbeuten nur im Bereich von 60 bis 70 Im/Watt erzielt. Auch die Anmelderin hat früher eine 250 Watt-Metallhalogenidlampe mit einer Lichtausbeute von 82 Im/ Watt entwickelt Die kleinste Größe von Metallhalogenidlampen, die für allgemeine Beleuchtungszwecke in den kommerziellen Gebrauch gebracht worden ist, ist eine mit 175 Watt. Die Lichtausbeute dieser Lampe beträgt etwa 80 Im/Watt.

Es ist eine allgemeine Annahme bei den Lampenentwicklern, daß die Lichtausbeute kleinerer Metallhalogenid-Entladungslampen derart abfällt, daß sie für allgemeine Beleuchtungszwecke vollkommen unpraktikabel sind. Es sind daher kleine Metallhalogenidlampen, die z. B. für allgemeine Beleuchtungszwecke in einem Haushalt anstelle kleiner Glüh- oder Leuchtstofflampen verwendbar sind, bisher kommerziell nicht erhältlich gewesen.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Metalldampfentiadungslampe der eingangs genannten Art mit einer höheren Lichtausbeute als bisher zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst

Es wurde in der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß ein wesentlicher Faktor bei der Erzielung einer hohen Lichtausbeute in den eingangs genannten Entladungslampen geringer und mittlerer Leistungsaufnahme it! der Entwicklung hoher Temperaturen an den Enden der Lampe liegt, ohne daß die Durchlässigkeit des Lichtes an den Lampenenden zu sehr blockiert wird und ohne daß zu große thermische Verluste an den Lampenenden auftreten. Dies wird erreicht durch Anwenden der verhältnismäßig kleinen Halsdichtungen um die Zuleitungen an den Enden des Entladungsgefäßes.

Die Zuleitungen, die die Elektroden abstützen, erstrecken sich durch Dichtungen, d. >/. durch relativ lange Quarzglashälse, die das Licht nicht wirksam durchlassen. Es wurde festgestellt, daß die Dichtungen einen Lichtstromverlust in im wesentlichen dergleichen Weise verursachen, wie auf den Enden angebrachte Überzüge, und daß der Verlust proportional zum die Strahlung blockierenden Querschnitt der Dichtungen ist. Der Strahlungsblockierende oder absorbierende Querschnitt der Lampenenden kann als der Prozentsatz der Raumwinkel im Zentrum des Entladungsgefäßes gemessen werden, über den sich die beiden Dichtungen gegebenenfalls zusammen mit auf den Enden aufgebrachten Überzügen erstrecken. Der absorbierende Querschnitt kann auch in äquivalenter Weise als der Prozentsatz der Oberfläche einer imaginären Kugel definiert werden, welche die Lampe umgibt und auf die durch die Enddichtungen ein Schatten geworfen werden würde, wenn eine punktförmige Lichtquelle im Zentrum des Entladungsgefäßes angeordnet werden würde (vergleiche F i g. 6). In einigen bekannten Lampen, die sich über den gesamten Durchmesser erstreckende Quetschdichtungen benutzen, mag der strahlungsabsorbierende Querschnitt der Dichtungen allein 10% und der gesamte Strahlungsabsorbierende Querschnitt der Dichtungen und etwaiger Endüberzüge 20% übersteigen. Gemäß der vorliegenden Erfindung sollte der absorbierende Querschnitt der Halsdichtungen so klein als möglich innerhalb eines ausführbaren Herstellungsverfahrens gemacht werden, und er sollte vorzugsweise bei den größeren in den Rahmen der Erfindung fallenden Lampen kleiner als 1% sein. In jedem Falle sollte der gesamte absorbierende Querschnitt der Halsdichtungen und irgendwelcher Endüberzüge geringer sein als 10% des Raum winkeis vom Zentrum des Entladungsgefäßes. Wird die Größe des Entladungsgefäßes vermindert, dann erfordern die praktischen Schwierigkeiten bei der Handhabung sehr kleiner Teile, daß ein größerer absorbierender Querschnitt akzeptiert wird.

Ein zusätzlicher wichtiger Nutzen, der sich aus der Verwendung kleiner Halsdichtungen ergibt, ist der, daß die thermischen Verluste durch die Dichtungen mittels Leitung und Strahlung verringert sind. Dichtungen großen Querschnittes wirken als Klltefallen und ziehen Wärme von den Enden des Entladungsgefäßes ab. Benutzt man dagegen kleine Dichtungen, wie sie zum Teil durch dünnwandiges Quarzglas ermöglicht werden, dann sind die Oberfläche und somit die Wärmestrahlungskapazität der Dichtungen vermindert. Dies hilft, die Enden des Eniladungsge/aßes auf einer hohen Temperatur zu halten, um die Metallkondensation zu vermeiden und ein rasches Aufwärmen ohne Notwendigkeit von Endüberzügen zu fördern.

Die richtige Anordnung der Elektroden innerhalb der Endteile des Entladungsgefäßes ist auch wichtig, um eine gute Lichtausbeute, eine geringe Farbtemperatur und ein rasches Aufwärmen zu erhalten. Das richtige Anordnen schließt im Rahmen des Einführungsfaktors Y das ausreichend weite Einführen der Elektroden ein, um zerstörerisch hohe Temperaturen an den Halsdichtungen zu vermeiden, wobei man aber auch eine zu weite Einführung der Elektroden vermeiden muß, um nicht nachteiligen Temperaturabfall hinter den Elektroden zu verursachen.

In einer Metallhalogenidlampe verdampfen die Metallhalogenidbestandteile der Füllung niemals vollständig. Der Ort und die Temperatur des Kondensates, das in der ausgewählten Endteilgestalt verbleibt, sind in kritischem Maße abhängig von dem Eiektroden-Einführungsfaktor Y, der als das Verhältnis des Unterschiedes zwischen Entladungsgefäßlänge X und Bogenlänge L zur Entladungsgefäßlänge definiert und in dieser Form durch die folgende Gleichung gegeben ist

y.·

X-L

Für einen horizontalen Betrieb der Lampe ist eine

i" gleiche Einführung der Elektroden an beiden Enden erwünscht. Beim vertikalen Betrieb dagegen, wenn die Temperaturbedingungen an beiden Enden aufgrund von Gravitations- und Konvektionswirkungen recht unterschiedlich sein können, ist eine asymmetrische Anord-

r> nung häufig vorzuziehen.

Ein dünnwandiges Entladungsgefäß ist eines, das so dünn ist, daß es sich entweder ausdehnt oder zusammenfällt, wenn seine Innenoberfläche während des Lampenbetriebes bis zur Plastizität erhitzt wird.

4(i Jede Wanddicke von 1,5 mm oder weniger wird als dünnwandig angesehen. Bei dünnwandigen Entladnngsgefäßen aus Quarzglas werden Wandbelastungen im Bereich von 10 bis 35 Watt/cm² zugelassen, um eine angemessene Aufrechterhaltung des Lichtstromes und

•»3 eine angemessene Lebensdauer der Lampe für allgemeine Beleuchtungsanwendungen zu erhalten.

Für eine gegebene Leistungsaufnahme bedeutet eine kurze Bogenlänge eine hohe Bogenbelastung, d. h. eine hohe Leistungsaufnahme pro Einheitslänge des Bogens, und eine solche hohe Bogenbelastung ist erwünscht. Für eine gegebene Elektrodeneinführungstiefe erfordert eine kurze Bogenlänge jedoch ein kurzes Entladungsgefäß, und im allgemeinen ergibt ein kurzes Entladungsgefäß eine hohe Wandbelastung-. Da eine zu hohe Wandbelastung vermieden werden muß, sollte die Bogenbelastung über den Punkt wirklicher Brauchbarkeit hinaus nicht erhöht werden.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. la u. Ib graphische Darstellungen der Wirkung der Elektrodeneinführung auf Farbtemperatur und Lichtausbeute,
F i g. 2 eine mit Außenkolben versehene 250 Watt-Metallhalogenidlampe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,

Fig.3 eine 250 Watt-Metallhalogenidlampe ohne Außenkolben nach dem Stande der Technik zum

Vergleich mn der Lampe der F i g. 2.

I'ig. 4 eine 70 Watt-Mciallhalogenidlainpe ohne Aulienknlben.

F i g. 5 eine 30 Wau-Metallhalogenidlampe ohne Außenkoiben. und

F i g. 6 eine schematischc Ansieht, die die Raumwinkcl illustriert, über die sich die Dichtungen an den Enden der Lampe der Fig. 2 relativ zum Gesamtraumwinkel, der das Zentrum der Lampe umgibt, erstrecken.

Die Variation hinsichtlich der Farbtemperatur und der relativen Lichtausbeute als Funktion des Elektrodencinführungsfaktors Y ist in den Fig. la und Ib für 250 Watt-Lampen gezeigt. Die Abmessungen X. D und L sind in der in Fig. Ib eingezeichneten neuen 250 Watt-Lampe gezeigt. Die in den beiden Figuren mit »A« bezeichneten Kurven entsprechen einer Lampe mit einem X/D Verhältnis von 2,0, worin Berührungslinien bzw. Tangenten zu den gekrümmten Seitenwandungen sich an der Achse schneiden und einen Winkel von etwa 60° bilden.

Die mit »ß« bezeichneten Kurven entsprechen einer Lampe mit einem X/D Verhältnis von 1,3, worin sich die Berührungslinien in ähnlicher Weise in einem Winkel von etwa 100° schneiden.

Betrachtet man zuerst den Fall »Λ«, dann ist ersichtlich, daß für eine relativ große Einführungstiefe, die einem Einführungsfaktor Y von größer als 0,4 entspricht, die Farbtemperatur (siehe Fig.la) hoch ist und die relative Lichtausbeute (vergleiche Fig. Ib) gering. Unter dieser Bedingung sammelt sich das Metallhalogenidkondensat der Füllung hauptsächlich hinter den Elektroden. Für geringere Elektrodeneinführungstiefen fällt die Farbtemperatur und die Lichtausbeute nimmt zu, bis im wesentlichen das gesamte Kondensat aus dem Endteil in den Bogenteil des Kolbens ausgetrieben ist, wobei das Kondensat einen Film oder eine Schicht auf der Innenoberfläche des Entladungsgefäßes bildet Der Optimaizustand für diese Lampe ist ein Einführungsfaktor Y von etwa 0,31, für den die Farbtemperaturkurve ihren tiefsten Punkt erreicht, während die Kurve der relativen Lichtausbeute ihren höchsten Punkt erreicht. Wird die Elektrodeneinführungstiefe weiter verringert, dann beginnt sich das Kondensat jedoch wieder den Dichtungen zu nähern. Wenn dies geschieht, befindet sich das Kondensat bei einer tieferen Temperatur, da die Bogenlast verringert worden ist und auch, weil das Kondensat an seiner neuen Stelle nicht so wirksam durch den Bogen erhitzt wird. Die relative Lichtausbeute fällt daher wieder, und die Farbtemperatur beginnt anzusteigen.

Wo die Wandungen des Entladungsgefäßes als Funktion des Abstandes vom Elektrodeneintrittspunkt rasch von der Achse abweichen, da hai die Variation der Elektrodeneinführungstiefe eine geringere Wirkung auf die Kondensatverteilung als dort, wo die Wandungen langsamer von der Achse abweichen. Die rasche Abweichung tritt auf, wenn das X/D Verhältnis sich 1 annähert, während ein hohes X/D Verhältnis ein langsames Abweichen bedeutet Im Falle einer zu raschen Abweichung können die Elektrodenspitzen bei einer Einführungstiefe für eine maximale Lichtausbeute so dicht an den Halsdichtungen liegen, daß deren Maximaltemperatur für eine Langlebigkeit der Dichtungen und Endwandungen des Kolbens aus Quarzglas überschritten wird. Der Fall »Ä< veranschaulicht einen Zustand, in dem die relative Lichtausbeute mit Verringerung der Einführungstiefe der Elektrode weiter steigt (siehe Fig. Ib). Bei einem Faktor Yvon 035 ist

die Klcktrodcn-Kinfühfungstiele so gering, daß die kritische Dichtungstemperatur überschritten und eine frühzeitige Entglasung aufgetreten ist. Der Fall »Ä< repräsentiert daher eine nicht optimale Lampenstruktur, deren Leistungsfähigkeit durch einen auf den Enden angebrachten Überzug verbessert werden würde. Die Gesamtlichtausbeute im Falle »ß« ist jedoch immer beträchtlich geringer als im Falle »4«. bei dem ein höheres X/D Verhältnis ausgewählt wurde. Diese Ergebnisse machen es deutlich, daß das höchste X/D Verhältnis ausgewählt werden sollte, bei dem die zulässige Wandbelastung noch nicht überschritten wird.

Aus den oben beschriebenen Tests und Messungen und weiteren Tests und Messungen ähnlicher Art ergab sich daher, daß der Einführungsfaktor Y für die Elektroden im Bereich von 0.1 bis 0.6 liegen sollte. Für die in den Fig. la und Ib betrachteten Lampen treten die tiefste Farbtemperatur und die höchste relative Lichtausbeute nahe dem Mittelpunkt innerhalb dieses Bereiches, d. h. von etwa 0,2 bis 0,4 auf, die jeweilige Auswahl für irgendeine andere Lampe hängt jedoch von der Endkonfiguration und der gewählten Leistungsaufnahme ab.

Fig. 2 veranschaulicht eirte 250 Watt-Metallhalogenidlampe, in der die vorgenannten Prinzipien realisiert worden sind. Die Lampe umfaßt ein Entladungsgefäß 1 aus dünnwandigem Quarzglas, das sich innerhalb eines äußeren Glaskolbens 2 befindet. Eine geeignete Füllung für das Entladungsgefäß I umfaßt 28 mg Quecksilber und 50 mg Halogenidsalz aus 84% NaJ, 12% ScJj und 4% Th]₄, bezogen auf das Gewicht, plus einem inerten Zündgas, wie Argon oder Xenon. Das Entladungsgefäß hat ein Innenvolumen von 3,9 cm³.

Der Außenkolben 2 ist an seinem unteren Ende mit einem eingestülpten Fuß 3 versehen, durch den sich relativ steife Zuleitungsdrähte 4 und 5 erstrecken, die an ihren Außenenden mit elektrischen Kontakten eines konventionellen Schraubsockels verbunden sind, nämlich der Schraubhülse 6 und dem Endkontakt 7. Das Entladungsgefäß 1 ist innerhalb des Außenkolbens zwischen einem langen Seitenstab 8 und einem kurzen Trägerstab 9 aufgehängt die an die Zuleitungsdrähte 4 und 5 geschweißt sind. Der Raum innerhalb des Außenkolbens ist mit 0,5 Bar Stickstoff gefüllt kann jedoch, wenn es erwünscht ist den Wärmeverlust des Entladungsgefäßes zu vermindern, auch evakuiert sein.

Das Entladungsgefäß 1 besteht aus dünnwandigem, d.h. weniger als 1,5mm dickem Quarzglas, und der Entladungsraum innerhalb dieses Gefäßes ist im wesentlichen als Ellipsoid gestaltet Man kann sich diesen Raum vorstellen als durch Drehung einer Ellipse um die Längsachse der Lampe entstanden, die vertikal in Fig. 2 erschein i. Eine Ari der Herstellung des kolbenförmigen Gefäßteils 11 besteht darin, ein relativ dünnwandiges Quarzglasrohr während des Erhitzens bis zur Plastizität und des Drehens auf einer mit zwei Einspannvorrichtungen versehenen Glasdrehbank aufzublasen und zu stauchen. Die Halsteile 12 und 13 können in ähnlicher Weise gebildet werden, indem man das Quarzrohr sich durch die Oberflächenspannung einschnüren läßt Allgemein können die Wandstärke und die Gefäßgestalt durch Koordinieren der Geschwindigkeit und des Ortes des Erhitzens und die Geschwindigkeit der Ausdehnung oder des Einschrrürens gesteuert werden.

Wolframdraht-Elektroden 14 und 15, deren distale Endstücke, wie gezeigt, zu offenen Schleifen geformt sind, sind bevorzugt Die Elektroden 14 und 15 werden

in gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes 1 montiert und erstrecken sich von Zuleitungen aus, die Molybdänzwischenfolien 16 und 17 umfassen, die ihrerseits mit äußeren Zuleitungsteilen 18 und 19 und dem Seitenstab 8 und dem Trägerstab 9 verbunden sind. Die hermetischen Dichtungen werden an der Stelle der Molybdänfolien 16 und 17, die durch das zur Plastizität erhitzte Siliciumdioxid während des Abdichtens benetzt werden, ausgeführt. Das Quarzglas kann durch Anwenden eines Vakuums, durch mechanisches Quetschen oder beides gegen die Folien gepreßt werden. Die Füllung wird durch ein Seitenevakuierungsrohr, das danach bei 21 abgeschmolzen wird, in den Kolben eingeführt.

Die Dichtungen in den Halsteilen 12 und 13 sind vakuumgeformt und haben, wie in Fig.6 gezeigt, zylindrische Gestalt. Diese Dichtungen werden mit einem kleinen Querschnitt gebildet, um die Absorption von Lichtstrahlung an den Lampenenden zu verringern, und auch die Wärmeverluste durch die Dichtungen möglichst gering zu halten. Bei dem Entladungsgefäß 1 der 250 Watt-Lampe, die in den F i g. 1 und 6 gezeigt ist, betträgt der Raumwinkel a, über den sich jede der Dichtungen in den Halsteilen 12,13 erstreckt, etwa 0,3% des Raumwinkels im Zentrum des Entladungsgefäßes 1. Anders ausgedrückt haben die Halsdichtungen einen solchen Querschnitt, daß die Gesamtfläche der Schatten 25 (siehe Fig.6), die durch diese Dichtungen auf die Oberfläche einer imaginären Kugel 26, die die Lampe umgibt, geworfen werden, nur etwa 0,6% der Gesamtoberfläche dieser Kugel ausmachen, wenn eine punktförmige Lichtquelle im Zentrum 27 des Entladungsgefäßes angeordnet werden würde. Bei dieser Ausführungsform sind die Dichtungen und die Enden des Entladungsgefäßes 1 gänzlich frei von wärmekonservierenden Überzügen. Die einzige Lichtmaskierung an den Enden des Entladungsgefäßes ist somit die der Dichtungendort.

Die Erfindung kann besser eingeschätzt werden, wenn man diese 250 Watt-Metallhalogenidlampe mit einer konventionellen Lampe gleicher Leistungsaufnahme und mit der gleichen Füllung vergleicht, wobei diese Lampe nach dem Stand der Technik in Fig.3 mit 51 bezeichnet ist. Diese Lampe ist hergestellt aus einem allgemein zylindrischen Quarzglasrohr, dessen Enden mit großen, sich über den gesamten Durchmesser erstreckenden Quetschdichtungen 52 verschlossen sind. Die Hauptelektroden 53 umfassen Doppelschichten aus Wolframdraht, gewickelt aus Wolframschäfte, wobei die Spulen und die Räume zwischen den Spulen mit emittierenden Oxiden überzogen oder gefüllt sind, die Erdalkalimetalloxide einschließen. Ein bloßes Stück des Wolframdrahtes 54 erstreckt sich in das Entladungsgefäß und bildet eine Zündelektrode. Die Enden des Entladungsgefäßes sind konisch abgerundet und mit opak weißen Zirkoniumoxidschichten bei 55 und 56 überzogen. Der Überzug 55 befindet sich im Betrieb am meisten unten und hat eine größere Flächenausdehnung als der Überzug 56. Die überzogenen Enden erstrecken sich zusammen über etwa 10% des gesamten Raumwinkels, der das Zentrum des Entladungsgefäßes umgibt.

Mehr im besonderen können die Lampen der F i g. 2 und 3 anhand der Daten in der folgenden Tabelle 1 verglichen werden.

Tabelle 1

Vergleich von 250 Watt-Hochdruck-Metalldampfentladungslampen

	Bekannte	Erfindungsgemäße
	250 Watt-Lampe	250 Watt-Lampe
Bogenbelastung	68,5 Watt/cm	115 Watt/cm
Bogenlänge L	3,7 cm	2,2 cm
Entladungsgefaßlänge X	4,6 cm	3,0 cm
Durchmesser D des Entladungsgefaßes	1,5 cm	1,5 cm
LID	2,4	1,5
XID	3,0	2,0
Einfuhrungsfaktor Y	0,20	0,27
Äußere Strahlungsfläche	22,0 cm²	14,8 cm²
Volumen	6,8 cm³	3,9 cm³
Wandbelastung	11,4 Watt/cm²	17,0 Watt/cm²
Abschirmender Raumwinkel	10%	0,6%
Lichtausbeute	82 Im/Watt	105 Im/Watt
Lichtstrom	20 500 Im	26 300 Im
Quecksilbermenge	31 mg	28 mg
Quecksilberdichte	4,6 mg/cm³	7,2 mg/cm³

Die vorstehende Tabelle 1 zeigt die Vorteile, die mit der erfmdungsgemäßen 250 Watt-Metallhalogenidlainpe erzielt werden. Diese Lampe hat eine lichtausbeute von 105 Im/Watt gegenüber nur 82 Im/Watt bei der Lampe nach dem Stand der Technik. Neben dieser Licbtausbeuteverbesserung zeigt die ernndungsgemäße Lampe noch eine Verbesserung hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Lichtstromabgabe.
In F i g. 4 ist mit 61 eine 70 Watt-Metallhalogenidlampe gezeigt. Das Entladungsgeäß ist allgemein ellipsoidal ausgebildet, und ei FüDung umfaßt Quecksilber, NaJ, Scji ThJ₄ und Argon. Wolframdraht-Elektroden 62 sind

durch enge Hälse 63 in das Entladungsgefäß abgedichtet eingeführt. Die Elektroden 62 sind mit Zuleitungen 64 verbunden, die folienartige Teile 65 einschließen, die in den Hälsen hermetisch abgedichtet sind. Das Entladungsgefäß wurde gespült und dann durch einen der Hälse die Füllung eingeführt und dieser anschließend abgedichtet, so daß keine seitliche Rohrabschmelzstelle verbleibt. Die Lampe weist keine Hilfszündelektrode

10

und keinen wärmereflektierenden Überzug auf.

Durch geeignetes Bemessen der Lampe der F i g. 4 zur Verringerung ihrer Größe kann eine 30 Watt-Metallhalogenidlampe mit einem ellipsoiden Entladungsgefäß geschaffen werden. Die physikalischen Einzelheiten und Parameter für 70 Watt- und 30 Watt-Lampen mit ellipsoiden Entladungsgefäßen sind in der folgenden Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2

Parameter ellipsoider Hochdruck-Metalldampfentladungslampen

70 Walt

30 Watt

Bogenbelastung

Bogenlänge L

Entladungsgefäßlänge Λ"

Durchmesser D des Entladungsgefaßes

LID

XID

Einführungsfaktor Y

Äußere Strahlungsfläche

Volumen

Wandbelastung

Raumwinkelschatten

Lichtausbeute

Lichtstrom

Quecksilberfüllung

Quecksilberdichte

Die Tabelle 2 enthält keinen Vergleich mit Metallhalogenidlampen vergleichbarer Größe nach dem Stand der Technik, da nach bestem Wissen der Anmelderin solche Lampen bisher nicht vorhanden waren. Die Lichtausbeuten der beiden kleinen Lampen sind in absoluten Werten nicht nur hoch, sondern in Anbetracht der Lampengröße regelrecht erstaunlich. Die Lichtausbeute der 70 Watt-Lampe übertrifft mit 100 Im/Watt die der bekannten 250 Watt-Metallhalogenidlampe der Tabelle 1, die nur 82 Im/Watt aufweist Die 30 Watt-Lampe übertrifft mit 106 Im/Watt die Lichtausbeute einer bekannten 175-Watt-Metallhalogenidlampe mit der gleichen Füllung, die lediglich 80 Im/Watt aufweist Lichtausbeuten dieser Größenordnung in Metallhalogenid-Entladungslampen unter 100 Watt sind bisher fflr unmöglich angesehen worden.

In F i g. 5 ist mit 76 eine andere Miniatur-Metallhalogenidiampe gezsigi, die wieder eine 30 Wäit-Läinpe ist, aber ein kugelförmiges Entladungsgefäß aufweist Für diese Lampe kann die gleiche Art Füllung wie für die Lampe der Fig.4 benutzt werden. Die Elektroden 77 sind Wolframdrahtstücke, die mit Zuleitungen 78 verbunden sind, die folienartige Teile 79 in engen Hälsen 80 einschließen. Die anderen physikalischen Details und Parameter für diese Lampe sind in der Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

Parameter einer 30-Watt-Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit kugelförmigem Kolben

78 Watt/cm

0,9 cm

1,3 cm

0,7 cm

0,31

3,9 cm²

0,33 cm³

18 Watt/cm²

2,4%

100 Im/Watt

7000 Im

11,6 mg

32,2 mg/cm³

67 Watt/cm

0,45 cm

0,75 cm

0,35 cm

1,3

2,1

0,47

1,2 cm²

0,066 cm³

25 Watt/cm²

5,6%

106 Im/Watt

3480 Im

2,5 mg

39,8 mg/cm³

Entladungsgefaßlänge X
Durchmesser D des Entladungsgefaßes
L/D
X/D

Einfuhrungsfaktor Y
Äußere Strahlungsfläche
Volumen
Wandbelastung
Raumwinkelschatten
Lichtausbeute
Lichtstrom
Quecksilberfüllung
Quecksilberdichte

0,6 cm
0,6 cm

0,5

1,0

0,5

1,4 cm²

0,11 cm³

21 Watt/cm²

6%

85 Lumen/Watt

2550 Im

4,3 mg

39,1 mg/cm³

Bogenbelastung Bogenlänge L

100 Watt/cm 03 cm

Bei einer optimalen Ausführungsform der Lampe werden die kleinstmöglichen und praktikablen Halsdichtungen benutzt, und man wählt das Abmessungsverhältnis des Entladungsgefaßes und die die anderen Parameter wie oben beschrieben aus, um die erwünschten Betriebsbedingungen zu erhalten, ohne wärmekonservierende Einrichtungen oder Oberzüge an den Enden der Lampe zu benötigen.

Es kann in der Praxis jedoch vorkommen, daß es wirtschaftlicher ist, eine existierende Ausführung des Entladungsgefaßes der Lampe beizubehalten und eine erwünschte Veränderung in der Leistungsfähigkeit, wie eine Verminderung der Farbtemperatur, dadurch zu bewirken, daß man Endkosten geringeren Ausmaßes erhält

Il

Dies kann durch das folgende Beispiel veranschaulicht werden:

Betrachtet man eine 35 Watt-Lampe mit einem ellipsoiden Kolben und einem X/D Verhältnis von etwa 2, wie sie in F i g. 4 veranschaulicht ist, dann hat diese Lampe eine Lichtausbeute von 115 ml/Watt bei einer Farbtemperatur von 4500 K., und die Halsdichtungen der Lampe erstrecken sich über etwa 5% des Raumwinkels im Zentrum des Entladungsgefäßes. Soll nun eine ähnliche Lampe mit einer auf 3800 K verringerten Farbtemperatur erzeugt werden, dann kann dies dadurch geschehen, daß man reflektierende Endüberzüge um die Dichtungen herum aufbringt, was den Prozentsatz des Raumwinkels, über den sich

Dichtungen und Überzüge zusammen erstrecken, auf etwa 10% erhöht. Die dabei entstehenden heißeren Lampenenden treiben das überschüssige Halogenid weiter von den Enden weg in Richtung auf den

-> Zentralteil des Entladungsgefäßes. Dies kann die Farbtemperatur um etwa 700 K verringern und gleichzeitig einen Abfall in der Lichtausbeute um etwa 20% verursachen. Diese neue Lampe mit der gewünschten Farbtemperatur hat somit eine Lichtausbeute von

κι 92 Im/Watt. Für den vorgesehenen Markt kann diese Lampe vollkommen angemessen sein, und der Aufwand für eine Neuanschaffung der Lampe einschließlich neuer Formen für eine modifizierte Konfiguration des Entladungsgefäßes sind vermieden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruck-Metalldampfentladungslampe für allgemeine Beleuchtungszwecke mit einer Leistungsaufnahme von nicht mehr als 250 Watt, einem Entladungsgefäß mit einer ellipsoiden oder sphäroiden Gestalt, dessen Verhältnis von Länge X zu Durchmesser Dim Bereich von 0,9 bis 2,5 Hegt, einer Füllung aus Quecksilber und Metallhalogenid, die während des Betriebes der Lampe verdampft ist, einer Wandbelastung des Entladungsgefäßes im Bereich von 10 bis 35 Watt/cm² während des Betriebes, einem Paar Elektroden innerhalb des Entladungsgefäßes auf Zuleitungen, die sich durch den Kolben erstrecken, wobei die Elektroden gegenüberliegende Spitzen aufweisen, die im Abstand L voneinander liegen, einer Bogenbelastung im Bereich von etwa 60 bis 150 Watt/cm während des Betriebes und Halsdichtungen, um die Zuleitungen hermetisch mit dem Kolben zu verbinden, gekennzeichnet durch eine Wandstärke des Entladungsgefäßes von nicht mehr als 1,5 Millimeter, einen Einführungsfaktor Y der Elektroden im Bereich von etwa 0,1 bis 0,6, wobei Y gieich γ — ϊ
ist, und Halsdichtungen und irgendwelche

damit verbundenen wärmekonservierenden Einrichtungen, die gemeinsam weniger als 10% des Raumwinkels im Zentrum des Entladungsgefäßes einschließen.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Leistungsaufnahme von nicht mehr als 70 Watt aufweist, das Entladungsgefäß ein Volumen von weniger als 1 Kubikzentimeter hat und die Halsdichtungen und irgendwelche damit verbundenen wärmekonservierenden Einrichtungen gemeinsam sich über weniger als 7% des Raumwinkels im Zentrum des Entladungsgefäßes erstrecken.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halsdichtungen und irgendwelche damit verbundenen wärmekonservierenden Einrichtungen gemeinsam weniger als 1% des Raumwinkels im Zentrum des Entladungsgefäßes einschließen.