DE2906383C2

DE2906383C2 - Hochdrucknatriumdampfentladungslampe

Info

Publication number: DE2906383C2
Application number: DE2906383A
Authority: DE
Inventors: Antonius Jozephus Gerardus Cornelis Driessen; Cornelis Adrianus Joannes Eindhoven Jacobs
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1978-02-22
Filing date: 1979-02-20
Publication date: 1983-09-01
Also published as: GB2015243B; BR7901043A; AU522231B2; ES477871A1; NL179855C; US4253037A; AT379709B; AU4433579A; IN150128B; IT7920336A0; FR2418546B1; BE874313A; HU181472B; JPH0133900B2; GB2015243A; JPS54124574A; FR2418546A1; IT1111542B; ATA126779A; CA1118832A

Description

JO

Die Erfindung betrifft eine Hochdrucknatriumdampfentladungslampmit einem Entladungsrohr, das Natrium und Quecksilber als Puffergas im Oberschuß und weiterhin Xenon enthält, wobei im Betriebszustand der Lampe der Natriuindampfdiiick zwischen 4 · 10⁴ und 10,7 · 10⁴ Pa beträgt und das Gewicht (mg) des Quecksilbers zwischen 50% und 90% des Gewichts des Quecksilbers und Natriums zusammen beträgt.

Bei einer aus der DE-AS 15 89 171 bekannten Hochdrucknatriumdampfentladungslampe dieser Art -to beträgt der Xenonfülldruck 2.7 10³Pa. Derartige Lampen haben eine relativ hohe Wiederzündspannung.

Eine Hochdrucknatriumdampfentladungslampe ähnlicher Art ist ferner aus der US-PS 37 16 743 bekannt. Mit dieser Lampe wird eine Farbtemperatur erreicht, die bedeutend höher als 2100 K ist. sowie ein Farbwiedergabeindex Ra, der ungefähr 78 beträgt. Daher ist das Licht dieser Lampe ziemlich weiß. Ihre Wiederzündspannung im Wechselstrombetrieb ist jedoch ebenfalls verhältnismäßig groß.

In der US-PS 32 48 590 ist zwar von Hochdrucknatriumdampfentladungslampen mit Xenon als Puffergas die Rede, jedoch ist nicht angegeben, daß Lampen mit hohem Xenonfülldruck auch Quecksilber enthalten. In dieser Patentschrift werden zwei verschiedene Arten von Lampen behandelt, nämlich einmal Lampen mit hohem Xenonfülldruck ohne Quecksilber und zum anderen Lampen mit Quecksilber, die jedoch Argon als Zündgas besitzen.

Es sei bemerkt, daß Lampen der eingangs erwähnten t>o Art in der Regel mit Wechselstrom betrieben werden, weil beim Gleichstrombetrieb unter anderem ein Metalltransport im Entladungsrohr, auch mit Kataphorese bezeichnet, auftreten würde.

Unter Wiederzündspannung sei die erforderliche elektrische Spannung kurzer Dauer verstanden, um die Entladung im Entladungsrohr zu Beginn jeder Halbperiode der elektrischen Wechselstromspeisung neu zu zünden. Die Wiederzündspannung ist in der Regel größer als die im Rest der Halbperiode benötigte Bogenspannung des Entladungsrohrs. Unter einer verhältnismäßig hohen Wiederzündspannung sei eine Wiederzündspannung verstanden, die viel größer als die Bogenspannung ist Eine verhältnismäßig hohe Wiederzündspannung bedeutet, daß entweder die Möglichkeit einer. Erlöschens der Lampe bei einem üblichen Spannungsabfall des Spannungsnetzes groß ist oder daß die Bogenspannung der Lampe klein in bezrg auf die Spannung des verfügbaren Speisenetzes gewählt werden muß. Eine geringe Bogenspannung bedeutet auch eine geringe Brennspannung. Unter Brennspannung sei hier die wirksame elektrische Spannung zwischen den Elektrode.! des Entladungsrohres verstanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdnicknatriumdampfentladungslampe zu schaffen, die unter Beibehaltung der weißen Lichtfarbe eine niedrige Wiederzündspannung aufweist

Diese Aufgabe wird bei einer Hochdrucknatriumdampfentladungsiampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Xenonfülldruck bei 300 K zwischen 1,3 · 10⁴ und 13 - 10⁵ Pa liegt

Zur Erläuterung sei folgendes ausgeführt. Um eine weiße Farbe des Lichts bei einer zulässigen Lichtausbeute zu erhalten, muß der Farbpunkt der Lampe im CIE-Farbdreieck (Commission Internationale de l'Eclairage) nahe der Schwarzstrahlerkurve (Plankscher Kurvenzug) im Bereich zwischen etwa 2250 K und 2750 K liegen. Dabei muß die y- Koordinate des Farbpunkts zwischen 039 und 0.43 liegen. Dies ist der Bereich, der in F i g. 2 durch das schraffierte Parallelogramm angegeben ist. Mit einem Natriumdampfdruck im Entladungsrohr zwischen 4 · 10⁴ und 10.7 ■ 10⁴Pa wird erreicht, daß die Farbtemperatur in diesem Bereich liegt. Bei einem Natriumdampfdruck über 10.7 · 10⁴ Pa sinkt die Lichtausbeute zu stark ab.

Eine Erhöhung des Quecksilberdampfdruckes im Entladungsrohr führt zu einer Verringerung der y-Koordinate des Farbpunktes. Das uedeutet. daß durch geeignete Wahl dieses Quecksüberdampidrucks eine .p-Koordinate im erwähnten Bereich erhalten werden könnte.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Erhöhung des Drucks des Xenongases im Entladungsrohr zu einer Vergrößerung der y-Koordinate des Farbpunkts der Lampe führt und daß es demzufolge möglich ist, eine ^-Koordinate zwischen 039 und 0,43 mit verschiedesten Quecksilberdampfdruck-Xenondruck-Kombinationen zu verwirklichen. Dies hat zu einer Auswahl von Druckkombinationen geführt, die Lampen mit niedrigen Wiederzündspannungen ergeben. Die ausgewählten Druckkombinationen sind Kombinationen, bei denen das Xenongas im Betriebszustand der Lampe einen verhältnismäßig hohen Druck von ungefähr 10,7 · 10⁴WsIOJ ■ 10⁵ Pa besitzt.

Zur Erläuterung hinsichtlich dieses Xenondrucks diene folgendes. Der Xenondruck im Betriebszustand der Lampe wird selbstverständlich auch durch die mittlere Temperatur Tj, in Grad Kelvin des Entladungsrohrs bestimmt Wenn daher der (kälte) Fülldruck des Xenons bei 300 K beispielsweise χ Pa ist, ist der Druck dieses Xenons im Betriebszustand ungefähr

300

133 Pa.

Bei einer erfindungsgemäßen Lampe liegt der Xencnfülldruck bei 300 K zwischen 1,3 10⁴ und 13 - 10⁵ Pa. Bei einer häufig auftretenden Tb von ungefähr 2400 K liegt der Xenortdruck im Betriebszustand der Lampe daher zwischen ungefähr 10,7 · 10⁴ und 10,7 · 10⁵Pa.

Ein hoher Natriumdampfdruck von 4 · 10⁴ bis 10,7 · 10⁴ Pa wird zum Erhalten der gewünschten Farbtemperatur zwischen 2250 K und 2750 K benötigt Dieser hohe Natriumdampfdruck würde an sich zu einer in nachteiligen honen Wiederzündspannung führen. Durch die Wahl eines verhältnismäßig hohen Xenondrucks wird diese Wiederzündspannung jedoch wieder herabgesetzt, wobei dann der Quecksilberdampfdruck so gewählt wird, daß die y-Koordinate des Farbpunktes in den gewünschten Bereich von 039 bis 0,43 gerät Die dazu an das Quecksilber zu stellenden Anforderungen sind bei gegebenem Natriumintervall als Zusammensetzungen des Amaigams angegeben.

Da bei der erfindungsgemäßen Lampe die Wieder-Zündspannung gering ist, bietet sich die Möglichkeit, eine hohe Brennspannung zu wählen, und zwar ungefähr gleich der Hälfte der wirksamen Spannung des Speisenetzes, mit der die Lampe über ein Vorschaltgerät betrieben werden muß. Bei einer derartigen Brennspannung ist bekanntlich der Einfluß von Netzspannungsschwankungen auf die Lampenhelligkeit gering.

Das Entladungsrohr der Lampe nach der Erfindung kann einen großen Innendurchmesser und daher eine so geringe Bogenspannung besitzen. Da im Entladungsrohr dieser Lampe der Dampfdruck beziehungsweise der Gasdruck eines jeden der drei Füllbestandteile, und zwar der des Natriums, des Quecksilbers und des Xenons, verhältnismäßig groß ist, ist jedoch auch die $". Möglichkeit eines großen elektrischen Gradienten gegeben. Das bedeutet einen großen Wert im Verhältnis zwischen einerseits der Brennspannung des Entladungsrohres und andererseits dem Abstand zwischen zwei Hauptelektroden im Entladungsrohr. m

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Hochdrucknatriumdampfentladungslampe gemäß der Erfindung, deren Entladuncsrohr eine längliche Form aufweist und an seinen Enden mit je einer Innenelektrode versehen ist, liegt das Verhältnis zwischen der >> Brennspannung des Entladungsrohrs (in Volt) und dem Elektrodenabstand (in mm) zwischen 3.5 und 7. Hierdurch wird erreicht, daß das Entladungsrohr kurz sein kann, wodurch auch die Länge der Lampe gering wird. '·>

Bei einer Verbesserung dieser bevorzugten Ausführungsform ist das Entladungsrohr kreiszylindrisch und beträgt der Innendurchmesser des Entladungsrohres zwischen 3 und 6 mm. Dadurch wird das ganze Entladungsrohr klein, weil jetzt sowohl seine Länge als >> auch sein Durchmesser geringe Abmessungen haben.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 teilweise in Ansicht einen Längsschnitt durch ^if) eine Hochdrucknatriumdampf entladungslampe,

F i g. 2 ein x-j'-Koordinatensystem des Farbdreiecks, in das unter anderem ein Teil der Schwarzstrahlerkurve sowie der Farbpunkt der Lampe nach F i g. 1 aufgenommen ist, ή

Fig.3 einen Längsschnitt, teilweise in Ansicht, einer zweiten Hochdrucknatriumdampfentladungslampe.

In F i g. 1 ist 1 ein drehsymmetrischer Preßglaskolben, der mit einem flachen lichtdurchlässigen Vorderteil 2 versehen ist. 3 ist eine Reflexionsschicht aus Aluminium, die sich an der Innenseite des Kolbens 1 befindet Im Preßglaskolben 1 befindet sich ein längliches kreiszviindrisches Entladungsrohr 4 aus dichtgesintertem Aluminiumoxyd. Die Längsachse des Entladungsrohres 4 liegt in der Symmetrieachse des Kolbens 1. Mit 5 ist ein Lampensockel bezeichnet, der mit einem Schraubgewinde versehen ist Die Gesamtlänge der Lampe beträgt etwa 134 mm und der größte Durchmesser etwa 121 mm. Das Entladungsrohr 4 ist mit zwei Innenhauptelektroden 6 und 7 und mit einem externen Zündstreifen

8 versehen. Die Elektrode 6 ist über eine Stromzuleitung

9 an den Seitenkontakt des Lampensockels 5 angeschlossen. Die Elektrode 7 ist an einen Mittenkontakt 10 des Lampensockels 5 angeschlossen. 11 ist ein Getterring.

Die Lampe wird in Serienschaltung mit einem induktiven Vorschaltgerät (nicht dargestellt) von 0,8 Hy an ein Wechselspannungsnetz von 220 Volt, 50 Hz angeschlossen. Diese Lampe wird mit einem Glimmstarter oder einem elektronischen Sf- ter gezündet Der Starter ist nicht dargestellt

Der Abstand zwischen den Hauptelektroden 6 und 7 beträgt 16 mm. Der Innendurchmesser des Entladungsrohrs 4 beträgt 3,5 mm. Die Abmessungen des Entlad'ingsrohrs liegen daher in der gleichen Größenordnung wie die eines Glühfadens einer Glühlampe. Das Entladungsrohr 4 enthält außer Xenongas noch

10 Milligramm eines Amaigams, das außer Quecksilber auch Natrium aufweist. Dabei ist tias Gewicht des Quecksilbers 78% des Gewichts des Quecksilbers und des Natriums zusammen. Dieser Prozentsatz liegt zwischen 50% und 90%. Im Betriebszustand der Lampe ist nur ein Teil des Natriums und ein Teil des Quecksilbers in Dampfform im Entladungsrohr vorhanden. Diese beiden Metalle sind daher im Überschuß vorhanden. Die Temperatur der kältesten Stelle im Entladungsrohr 4 beträgt im Betriebszustand der Lampe ungefähr 1100 K. Dem entspricht sin f^atriumdampfdruck von etwa 8 · 10⁴ Pa. Der Natriumdampfdruck liegt also zwischen 4 · Wund 10.7 · 10⁴Pa.

'-»er Xenonfülldruck bei 300 K beträgt 2,6 · 10⁴ Pa. Die mittlere Temperatur des Entladungsrohrs 4 im Betriebszustand der Lampe ist etwa 2400 K. Der Xenondruck im Entladungsrohr in diesem Betriebszustand beträgt daher etwa 21,4 · 10⁴ Pa. Der Xenonfülidruck von 2,6 · 10⁴ Pa liegt zwischen den Druckgrenzen von 13 · Wund 1,3 ■ 10⁵Pa.

Die elektrische Leistung der beschriebenen Lampe ist etwa 50 Watt. Ihr Lichtstrom beträgt etwa 3000 Lumen. Die Brennspannung beträgt etwa 100 Volt. Im Farbdreieck liegt der Farbpunkt bei den Koordinaten x=0,487 und ^=0,410. Die Farbtemperatur beträgt dabf' etwa 2400 K. Der Farbwiedergabeindex Ra ist etwa 82 (siehe Punkt Cin F i g. 2).

Die erwähnte Temperatur der kältesten Stelle im Entladungsrohr von 1100K ist u.a. dadurch verwirklicht, daß die Abstände der Spitzen der Elektroden 6 und 7 bis zu ihren benachbarten inneren Enden des Entladungsrohrs -# klein, und zwar etwa 4 mm gewählt sind. Dieser sog. Spitze-Bodenabstand von 4 mm kann hier verwendet werden, weil durch den erwähnten hohen Xenondruck die Elektroden 4 und 6 geringe Abmessungen haben konnten. Wärmeschilder waren für die Verwirklichung der Temperatur von HOOK nicht notwendig.

Bei der beschriebenen Lampe ist das Verhältnis

zwischen Brennspannung und Elektrodenabstand gleich

—- =6.4. Dieses Verhältnis liegt zwischen 3,5 und 7.

Weiterhin liegt der Innendurchmesser von 3.5 mm zwischen 3 und 6 mm.

Die Lichiausbeute der Lampe beträgt etwa 60 Lumen pro Watt. Das ist etwa das Fünffache der Lichtausbeute einer Glühlampe von 250 Walt, die auch etwa 3000 Lumen liefert.

Die Wiederzündspannung der beschriebenen Lampe ist so klein, daß bei 10% Spannungsabfall des Speisenetzes kein Erlöschen der Lampe auftritt.

Die Bündelung des Lichts durch den Reflektor 3 ist derart, daß die Lichtstärke in einer Richtung, die einen Winkel von acht Bogengraden mit der Längsachse der Lampe bildet, die Hälfte der Lichtstärke in der Richtung der erwähnten Längsachse ist. In Richtung der Längsachse ist die Lichtstärke gut 6000 cd.

Das Entladungsrohr 4 könnte auch quer zur Längsachse des Außerckelbens ! angeordnet «pin.

In F i g. 2 ist im .v-v-Koordinatensystem des CIE-Farbdreiecks ein Teil der Schwarzstrahlerkurve dargestellt und mit B bezeichnet. Das schraffierte Parallelogramm stellt den Bereich von Farbpunkten zwischen 2250 K und 2750 K dar. wobei ebenfalls 0.39 <y<0,43 erfüllt ist. Der in F i g. 2 mit einem Kreuz markierte Punkt Cstellt den Farbpunkt x=0,487; v=0.410 der Lampe nach Fig. 1 dar. Dieser Farbpunkt liejM in dem vom Parallelogramm angegebenen bevorzugten Bereich.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die elektrische Leistung der Lampe 100 Watt. Dabei ist der Innendurchmesser des Entladungsrohrs 4.8 mm und der Elektrodenabstand 30 mm. Die Brennspannung ist 123VoIt. Das Amalgamgewicht und seine Zusammensetzung ist gleich dem bzw. der in der Lampe nach Fig. 1. Der Natriumdampfdruck im Betriebszustand beträgt ungefähr 7.1 ■ 10» Pa. Der Xcnondriick beträgt 5.2 ■ 10⁴Pa bei 300 K. Bei dieser Lampe wurde eine v-Koordinate von 0.489 und eine y-Koordinate von 0,412 gefunden. Der Ru beträgt etwa 84 und die Lichiausbeute ist etwa 61 Lumen pro Watt.

Die in F i g. 3 dargestellte Hochdrucknatriumdanipfentladungslampe von ungefähr 50 Watt ist mit einem Entladungsrohr 30 ausgerüstet, das hinsichtlich der Abmessung und Füllung dem Entladungsrohr 4 der Lampe nach Fig. 1 gleicht. Ein Außenkolbeii 31 hat die Form eines Ellipsoids. Dieser Außenkolben 31 kann nach Bedarf an der Innenseite mit einer lichtstreuenden Schicht bedeckt sein. Mit 32 ist ein Lampensockel bezeichnet. 33 ist ein Glimmstarter zum Zünden der Lampe und 34 ein Bimetallschalter. Eine Serienschaltung des Glimmstarters 33 und des Bimetallschalters 34 üherbrückt die Entladungsbahn im Rohr 30. Die Lampenlänge beträgt ungefähr 152 mm und der größte Durchmesser etwa 70 mm.

Der Lichtstrom und die Lichtfarbe des vom Entladungsrohr 30 ausgestrahlten Lichtes ist gleich denen des gleich großen Entladungsrohres 4 der Lampe nach Fig. 1.

Die beschriebenen Lampen nach der Erfindung können Glühlampen ersetzen, beispielsweise für die Beleuchtung eines Schaufensters. Bei gleicher Beleuchtungsstärke wie bei einer Glühlampenbeleuchtung beträgt die elektrische Leistung der beschriebenen Lampen jedoch nur etwa 20% der von Glühlampen, was eine wesentliche Energieeinsparung bedeutet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. HochdrucknatriumdampFentladungslampe mit einem Entladungsrohr, das Natrium und Quecksilber als Puffergas im Oberschuß und weiterhin Xenon enthält, wobei im Betriebszustand der Lampe der Natriurndampfdruck zwischen 4-10* und 10,7 · 10⁴ Pa beträgt und das Gewicht (mg) des Quecksilbers zwischen 50% und 90% des Gewichts des Quecksilbers und Natriums zusammen beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Xenonfülldruck bei 300 K zwischen 1,3-10* und 1,3 · 10⁵Pa liegt

2. Hochdrucknatriumdampfentladungslampe nach Anspruch 1, deren Entladungsrohr eine längliche Form aufweist und an seinen Enden mit je einer Innenelektrode versehen ist, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis zwischen der Brennspannung des Entladungsrohrs (in Volt) und dem Elektrodenabstand (itι mm) zwischen 33 und 7 liegt

3. Hochdrucknatriumdampfentladungslarnpe nach Anspruch 2 mit einem kreiszylindrischen Entladungsrohr, dadurch gekennzeichnet daß der Innendurchmesser des Entladungsrohrs zwischen 3 mm und 6 mm beträgt