DE3038993C2

DE3038993C2 - Metalldampfentladungslampe

Info

Publication number: DE3038993C2
Application number: DE3038993A
Authority: DE
Inventors: Katsuya Otani; Ryo Suzuki; Michihiro Kamakura Kanagawa Tsuchihashi; Keiji Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1980-01-17
Filing date: 1980-10-15
Publication date: 1984-05-03
Also published as: NL8005530A; US4418300A; NL189984B; DE3038993A1; GB2067826A; GB2067826B

Description

480
£-6

- 30

480
£-12

-20

20

wobei ρ die oben angegebene Bedeutung hat und E der durchschnittliche Potentialgradient in V/cm ist. 2. Metalldampfentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Potentialgradient £ die Beziehung erfüllt:

JO

wobei D der Innendurchmesser des Entladungsrohres (cm), V_L die Lampenspannung (V) und W_L die Leistungsaufnahme (W) der Lampe bedeuten.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Metalldampfentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs, wie sie aus der DE-OS 28 15 014 bekannt ist.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Hochdruck-Natriumlampe im allgemeinen eine Stromdurchführung 3 aus hitzebeständigem Metall und eine Elektrode 6, die an der Stromdurchführung 3 befestigt ist. Die Stromdurchführung 3 und die Elektrode 6 sind unter Verwendung einer Glasfritte 5 in eine Kappe 2 aus Aluminiumoxidkeramik eingepaßt. Die Kappe 2 wiederum ist jeweils in ein Entladungsrohr 1 aus Aluminiumoxidkeramik oder dgl. mittels einer Glasfritte 4 eingepaßt. In dem Entladungsrohr 1 sind Natrium, Quecksilber und Xenon oder ein anderes Edelgas mit einigen zehn mbar eingeschlossen, wobei das Edelgas als Zündgas verwendet wird. Es sind weiterhin Natriumlampen bekannt, die eine Zünderleichterung 12 aufweisen, mit der, wie in F i g. 2 gezeigt, das Entladungsrohr 1 ausgerüstet ist, um die Zündspannung zu senken. Fig. 2 zeigt eine Halterungsanordnung für eine Natriumlampe mit Zünderleichterung. Bei dieser Lampe ist ein leichtes Zünden gewährleistet. Metallrahmendrähte 7 und 8, die als Eingangsklemmen dienen, sind jeweils über Metalidrähte t>o 13 und 14 mit den Stromdurchführungen 3 bzw. 3' verbunden und an diesen befestigt. Die aus hitzebeständigem Metall bestehenden Stromdurchführungen sind an beiden Enden des Entladungsrohrs 1 angeordnet. Dieses besteht aus einer Aluminiumoxidkeramik oder dgl. f>5 Eine aus hitzebeständigem Metalldraht bestehende Zünderleichterung 12 ist außen um das Entladungsrohr 1 herumgelegt, wobei beide Enden des Drahtes mittels Glaskügelchen 9 und 10 elektrisch isoliert und gehalten werden. Lediglich während des Zündzeitpunkts wird über einen Bimetallstreifen 11 mit einer beliebigen Eingangsklemme fEingangsklemme 7 in Fig. 2) ein elektrischer Kontakt hergestellt Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den beiden Elektroden während des Zündens verkürzt werden. Dadurch wird die Zündspannung beträchtlich verringert, und ein leichtes Zünden der Lampe gewährleistet Die Teile 15 und l&in Fi g. 2 sind mit den genannten Metallrahmendrähten 7 und 8 verbundene Eingangsklemmen und das Teil 17 ist ein mit den genannten Eingangsklemmen 15 und 16 verbundener Lampensockel.

In den letzten Jahren sind neue Natriumlampen mit verbesserten Farbwiedergabeeigenschaften entwickelt worden, bei denen hitzebeständige Metallgürtel 18, wie in Fig. 2 gezeigt, um die Enden des Entladungsrohrs 1 gewickelt sind (DE-OS26 09 380). Die Metallgürtel dienen dabei als Wärmeisolatoren, um die Temperatur der kühlsten Bereiche an den Enden des Entladungsrohrs 1 zu erhöhen. Die erwähnten Metallgürtel 18 halten also die kühlsten Bereiche des Entladungsrohrs 1 warm, erhöhen den Natriumdampfdruck, verstärken die Resonanzabsorption des Natriums und bewirken eine Verbreiterung des Emissionsspektrums über den gesamten sichtbaren Bereich und führen dadurch zu einer Verbesserung der Farbwiedergabeeigenschaften. Ein derartiger Warmhalteeffekt macht sich bei der Lampenspannung bemerkbar. In Fig. 3 ist die Beziehung zwischen der Breite α des Metallgürtels 18 und dem Potentialgradienten £ (V/cm) gezeigt. Der Potentialgradient ist ein Wert, der durch Division der Lampenspannung durch den Elektroden-Abstand erhalten wird. Aus der Figur wird deutlich, daß ein Potentialgradient von 12 V/cm erhalten wird, wenn kein Metallgürtel 18 vorhanden ist (d. h. bei einer Breite a = 0). Der Potentialgradient kann auf etwa 18 V/cm erhöht werden, wenn die Breite α auf Smm zunimmt. Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Potentialgradienten E (V/cm) einer Hochdruck-Natriumiampe und ihrem Farbwiedergabeindex Ra in einem Fall, bei dem ein Xenon-Druck von 26 mbar und ein Natrium-Molverhältnis von 0,74 vorliegt. Die Erhöhung des Potentialgradienten führt zu einem erhöhten Äa-Wert. Ein vergrößerter Durchmesser des Entladungsrohrs führt ebenfalls zu einer Zunahme des Ra-Werts. Das letztere Verfahren wird jedoch im allgemeinen nicht angewendet, da die Materialien, aus denen die Entladungsrohre bestehen, z. B. polykristallines Aluminiumoxid, sehr teuer sind. Es werden daher im allgemeinen Rohre mit einem Durchmesser von bis zu 10 mm verwendet.

Hinsichtlich der Farbwiedergabeeigenschaften einer Hochdruck-Natriumlampe wird ein Äa-Wert von 40 ~ 70 oder vorzugsweise 50 ~ 60 angestrebt. Bei einem Ra-Wert von 40 oder weniger ist die Lampe für Innenbeleuchtungszwecke nicht geeignet. Andererseits wird bei einem Λα von 70 oder darüber eine beträchtliche Verminderung der Lichtausbeute beobachtet. Gemäß F i g. 4 führt ein Versuch, unter Verwendung eines Rohrs mit einem Durchmesser von 8 mm einen Λα-Wert von 40 zu erhalten, zu einem Potentialgradienten £ von 21 V/cm. In diesem Fall wird, wie aus F i g. 4 hervorgeht der abgeschmolzene Bereich in der Nähe des kühlsten Bereichs des Rohrs eine Temperatur von etwa 77O°C aufweisen. Um einen Äa-Wert von 60 zu erhalten, was gute Farbwiedergabeeigenschaften bedeutet, müßte am abgeschmolzenen Bereich eine Temperatur von 800°C oder darüber erreicht werden. In F i g. 5 ist die Dicke der

NatriumdifFusionsschicht im Inneren eines abgeschmolzenen Glases gegen die jeweilige Behandlungstemperatur als Variable aufgetragen. Bei der Behand-

* lungstemperatur handelt es sich dabei urn mehrere unterschiedliche Behandlungstemperaturen, bei denen das abgeschmolzene Glas und das Natrium während einer vorbestimmten Zeitdauer gehalten werden.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß oberhalb 750⁰C das Natrium sich innerhalb des abgeschmolzenen Glases in einer reagierten Form verteilt Da die Behandlungstemperatur des abgeschmolzenen Glases gemäß Fig. 5 als äquivalent der Temperatur des abgeschmolzenen Bereichs gemäß Fig. 4 angesehen werden kann, ist es erforderlich, daß die letztere Temperatur 750⁰C oder weniger beträgt. Das heißt, falls die Temperatur des abgeschmolzenen Bereichs gemäß Fig. 4 über 750°C ansteigt, reagiert das Natrium mit dem abgeschmolzenen Glas, was wiederum dazu führt, daß das abge-

'i schmolzene Glas brüchig wird und folglich d'e Betriebs-

><■ lebensdauer der Lampe verkürzt wird. Wenn auch der allgemeine Farbwiedergabeindex Ramit dem Natrium-Molverhältnis sowie mit dem Potentialgradienten £ und dem Durchmesser des Rohrs in Beziehung steht, so wird doch angenommen, daß die Beziehung zwischen der Temperatur des abgeschmolzenen Bereichs und Ra₁ wie in Fig. 4 gezeigt, sich nicht nennenswert ändert. Das bedeutet, daß ein Versuch, bei 750⁰C oder darunter einen Äo-Wert von 60 zu erhalten, die Verwendung "■ eines großen, teuren Entladungsrohrs mit 12 mm Durchmesser unumgänglich macht. Diese Tatsache wird in Fig. 4 angedeutet.

Zur Verbesserung der Färb Wiedergabeeigenschaften einer Hochdruck-Natriumlampe steht ein weiteres Verfahren zur Verfügung. Während des Betriebs der Lampe wird der Dampfdruck des Natriums so weit erhöht, daß das Natrium selbst die Strahlung der Natrium-D-Linien (589,6 und 589,0 nm) absorbiert und von unterschiedlichen Energieniveaus wieder abstrahlt. Auf diese Weise kann eine Verbreiterung der Natrium-D-Linien gefördert werden und ein Strahlungsspektrum erzielt werden, das sich fast über den gesamten sichtbaren Bereich ausbreitet. Dies verringert jedoch den prozentualen Anteil der Emission im Wellenlängenbereich in der Nähe von 555 mm mit besonders hoher spektraler Lichtausbeute. Dieses Verfahren hat daher den Nachteil, daß eine geringere spektrale Lichtausbeute als bei herkömmlichen Hochdruck-Natriumlampen erreicht wird. "*'

Die Lichtausbeute r/ (Im/W) wird ausgedrückt durch:

η -

Dabei bedeutet Af(lrn/W) die sichtbare J.tchtausbeute (den optischen Nutzeffekt) und »;, die Strahlungsausbeute des sichtbaren Bereichs. K und r_te werden durch folgende Formeln erhalten:

780

= m\V(X) ■ Ρ(λ)άλ/ \ρ(λ)Αλ (2)

380 380

780
,_lr= \ P(A)UAJw

(3)

Dabei bezeichnet V(A) der. spektralen Hellempfindlichkeitsgrad und P(A) die spektrale Strahlungsenergie.

Der Wert K beträgt bei gewöhnlichen Hochdruck-Natriumlampen etwa 4001m/W. Durch Bestrebungen zur Verbesserung der Farbwiedergabeeigenschaften fällt dieser Wert jedoch auf 330 lm/Wab; »,,beträgt etwa "> 0,3, wobei fast kein Unterschied zwischen gewöhnlichen Lampentypen und solchen mit hoher Farbwiedergabe besteht. Insgesamt weisen daher gewöhnliche Hochdruck-Natriumlampen eine Lichtausbeute von

i" η = 400X0,3 = 1201m/W

auf. Bei Lampentypen mit hoher Farbwiedergabe ist jedoch die Lichtausbeute auf etwa

η = 330X0,3 = 991m/W

reduziert. Das bedeutet, daß, obwohl entweder AToder r,_e oder beide erhöht werden können, um die Lichtausbeute η zu steigern, im Hinblick auf die Erzielung der 2» angestrebten Farbwiedergabeeigenschaften der Wert für K gewissen Beschränkungen unterworfen ist, und zwar deshalb, weil die sichtbare Lichtausbeute K in engem Zusammenhang mit dem Natriumdampfdruck steht. Es sollte deshalb in erster Linie »(,geändert wer-2> den. Die sichtbare Strahlungsausbeute jj, hängt ab von dem Durchlaßvermögen des Entladungsrohrs für sichtbare Strahlungsenergie, von Verlusten durch thermische Leitung und von anderen Faktoren. Die bisher bekannten Hochdruck-Natriumlampen weisen darin über hinaus den Nachteil auf, daß bei dem durch die Zünderleichterung 12 bewirkten Abfall der Zündspannung beträchtliche Schwankungen auftreten, was eine instabile Zündspannung zur Folge hat.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Metalldampfentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bei hoher Lichtausbeute gute Farbwiedergabeeigenschaften zu verwirklichen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Anspruch 2 zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht eines Entladungsrohrs einer herkömmlichen Hochdruck-Natriumlampe;

Fig. 2 eine Vorderansicht einer Halterungsanordnung, bei der das Entladungsrohr einer Hochdruck-Natriumlampe mit einer Zünderleichterung ausgerüstet ist;

5" Fi g. 3 die Beziehung zwischen der Breite des Metallgürtels, der als Wärmeisolator dient, und dem Potentialgradienten;

Fi g. 4 die Beziehung zwischen dem Potentialgradienten bzw. der Temperatur des abgeschmolzenen Abschnitts und dem allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra-

Fig. 5 die Beziehung zwischen der Behandlungstemperatur des abgeschmolzenen Glases und der Breite der Natriumdiffusionsschicht;

do F i g. 6 den Effekt des Xenon-Drucks auf den allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra;

F i g. 7 die Beziehung zwischen dem Xenondruck und der Lichtausbeute;

Fig. 8 die Beziehung zwischen dem allgemeinen t>5 Farbwiedergabeindex und der Lichtausbeute;

Fig. 9 die Beziehung zwischen dem Durchschnittspotentialgradienten und dem Natriumgewichtsverhältnis;

Fig. 10 eine bei der Zündspannung auftretende Streuung der in Fig. 2 gezeigten Hochdruck-Natriumlampe;

Fig. 11a und 11b die elektrischen Feldlinien beim Zünden einer Hochdruck-Natriumlampe; und

Fig. 12 den wesentlichen Teil einer Zündschaltung, die bei einem Versuch zur Schaffung einer erfindungsgemäßen Metalldampfentladungslampe verwendet wurde.

In Fig. 6 ist die Änderung von Ra gezeigt, die bei einer Änderung des Xenon-Drucks eintritt, wenn der Potentialgradient, der innere Durchmesser des Rohrs und das Natriummolverhältnis konstant gehalten werden. Aus der Figur geht hervor, daß mit einer Erhöhung des Xenondrucks eine Zunahme von /faeinhergeht. Das beruht darauf, daß die Xenon-Atome einen gewissen Effekt auf die Wahrscheinlichkeit der Resonanzabsorption der Natriumatome oder -moleküle in dem Lichtbogen oder in der umgebenden Gasschicht ausüben. F i g. 4 zeigt die Abhängigkeit von Λα vom Potentialgradienten und der Temperatur der mit als Wärmeisolatoren dienenden Metallgürteln 18 versehenen beiden Enden des Entladungsrohrs 1. Wie aus dieser Figur hervorgeht, kann bei einem Xenon-Druck von 400 mbar ein Λα-Wert von 60 erreicht werden, und zwar bei der kritisehen Temperatur von 75O⁰C des abgeschmolzenen Abschnitts und bei einem Durchmesser des Entladungsrohrs 1 von 8 mm. Der Λα-Wert steigt bei der gleichen Temperatur des abgeschmolzenen Bereichs noch weiter, wenn ein Rohr mit einem größeren Durchmesser angewendet wird. Aus Fi g. 6 wird deutlich, daß ein Xenondruck von 133 mbar oder darüber erforderlich ist. Da die Erhöhung des Xenon-Drucks eine Erhöhung der Zündspannung verursacht, wird erfindungsgemäß zusätzlich eine Zünderleichterung vorgesehen, die um die äußere Oberfläche des Entladungsrohrs 1 herum angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Lampe kann vorteilhafterweise mit geringen Kosten hergestellt werden. Das in das Entladungsrohr 1 eingeschlossene Edelgas ist nicht auf Xenon beschränkt. Es kann eine beliebige Mischung von Xenon mit verschiedenen anderen Gasen, z. B. Krypton, oder ein anderes Gas eingesetzt werden, das einen ähnlichen Effekt wie Xenon aufweist.

Im allgemeinen werden Rohrdurchmesser von 5 ~ 12 mm bevorzugt. Entladungsrohre mit geringem Durchmesser sind insbesondere bei Hochdruck-Natriumlampen mit geringer Leistungsaufnahme anwendbar. Die obige Beschreibung erfolgte anhand einer Hochdruck-Natriumlampe. Die Erfindung ist auch auf Metallhalogenidlampen oder andere Metalldampfenüadungs'iampen anwendbar, vorausgesetzt, daß zum Einschließen des Natriums ein Entladungsrohr verwendet wird, das aus polykristallinem Aluminiumoxid oder einem anderen kristallinen Oxidmaterial besteht

In der obigen Beschreibung wird als Wärmeisolator ein Metallgürtel beschrieben. Es können jedoch auch Keramikmaterialien oder andere Materialien verwendet werden, falls diese Materialien die Enden des Entladungsrohrs in der zweckentsprechenden Weise warmhalten können. Der genannte Wärmeisolator kann auch lediglich an einem Ende des Entladungsrohrs angeordnet sein. Falls Natrium-Quecksilberamalgam eingeschlossen ist, sollte das Molverhältnis ρ des Natriums im Amalgam vorzugsweise 0,1 ^p ^ 1,0 betragen. Die Verwendung eines ρ von <0,l führt zu einem Verlöschen der Lampe. Der Potentialgradient E wird aus der Beziehung zwischen dem Durchmesser des Rohrs und der Wandbelastung des Rohrs bestimmt. Die Wandbelastung des Rohrs W_L ist durch die folgende Formel gegeben:

W₁

π Dia

(W/cm²)

in der W₁ die elektrische Leistungsaufnahme des Rohrs bezeichnet, D den Durchmesser des Rohrs und la den Elektroden-Abstand bezeichnet. m_L sollte im Falle von polykristallinem Aluminiumoxid vorzugsweise einen Wert von 20 W/cm² oder darunter betragen. Da der Potentialgradient £ durch die folgende Gleichung gegeben ist:

E = -^- (V/cm)
la

(wobei V_L die Lampenspannung bezeichnet), gilt die folgende Beziehung:

20 n DV_L W₁

Im Falle D = 0,8 cm Durchmesser, V_L = 130 V und W_L = 360, ist £ gleich oder kleiner als 18,15 (£S 18,15). Aus Formel (3) erhält man somit die obere Grenze des Potentialgradienten E.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sollte der Xenon-Druck vorzugsweise 266 mbar oder mehr betragen. Aus den mit der Zündspannung zusammenhängenden Gründen sollte der Druck vorzugsweise höchstens 665 mbar betragen.

Die Breite α des Metallgürtels, der in dem obigen Versuchsbeispiel beschrieben wurde, sollte vorzugsweise im Bereich 0 < α S 15 mm betragen. Bei einer Breite a von mehr als 15 mm (a > 15 mm) ist eine Temperatur von 800⁰C oder mehr des abgeschmolzenen Bereichs die Folge, was die Betriebslebensdauer der Lampe beträchtlich verkürzt.

Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Xenongasdruck und der Lichtausbeute bei einem Beispiel, bei dem Xenon als eingeschlossenes Gas verwendet wird. Es wird deutlich, daß eine Zunahme des Xenongasdrucks zu einer Erhöhung der Lichtausbeute beiträgt. Die Ausbeute der sichtbaren Strahlung η, kann von 0,3 auf etwa 0,36 erhöht werden, indem man den Xenongasdruck auf 530 mbar einstellt. Die Lichtausbeute beträgt daher 330 x 0,36 = 119 lm/W.

Eine Untersuchung der Beziehung zwischen dem Farbwiedergabeindex und der Lichtausbeute führte zu den in Fig. 8 gezeigten Ergebnissen. Bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel wurden die Messungen unter Verwendung eines Xenongasdrucks von 465 mbar und einer konstanten Leistungsaufnahme der Lampe von 360 W durchgeführt Dabei wurde der allgemeine Farbwiedergabeindex auf der Abszisse und die Lichtausbeute auf der Ordinate aufgetragen. Aus Fig. 8 geht hervor, daß ein Versuch zur Erhöhung von Ra zu einer Verringerung der Lichtausbeute führt

Hochdruck-Natriumlampen bieten keinerlei speziellen Vorteil, falls sie nur eine Lichtausbeute von llOlm/w oder darunter aufweisen, da bereits Metallhalogenidlampen und andere Lampen mit ausgezeichneten Farbwiedergabeeigenschaften zur Verfugung stehen, die eine Lichtausbeute von etwa 100 Im/W bieten. Daher ist bei dem Ra-WtTt eine Festlegung der oberen Grenze

auf 60 ~ 70 erforderlich. Die untere Grenze des Äa-Wertes sollte bei 40 oder darüber liegen, da bereits herkömmliche Hochdruck-Natriumlampen Ra = 30 aufweisen. Das heißt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung angestrebten Hochdruck-Natriumlampen haben eine Lichtausbeute von 1101m/W oder darüber und weisen einen allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra in einem Bereich von 40 ü Ra S; 70 auf.

Eine Lichtausbeute von 110 lm/Woder darüber kann, wie bereits oben erwähnt, durch Erhöhung des Xenongasdrucks auf 133 mbar oder darüber erreicht werden. Andererseits besteht eine Beziehung zwischen dem allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra und dem Natrium-Quecksilber-Verhältnis sowie dem Potentialgradienten des Lichtbogens.

In Fig. 9 sind die Beziehungen zwischen dem Anteil des Natriums am gesamten Natrium-Quecksilberamalgam (Gew.-Vo) und dem Durchschnittspotentialgradienten (V/cm) dargestellt. Von den beiden Kurven A und B bedeutet die Kurve A die Beziehung zwischen dem Natriumanteil und dem Durchschnittspotentialgradienten, bei der ein Äa-Wert von 40 erhalten wird. In gleicher Weise bedeutet die Kurve B die Beziehung, mittels derer Ra = 70 erreicht wird. Der Natriumgewichtsanteil und der Potentialgradient im Bereich zwisehen Kurve A und Kurve B ergeben einen Ra von 40-70. Falls der Natriumgewichtsanteil 90Gew.-% übersteigt, ist es jedoch schwierig, eine vorgegebene Lampenspannung zu erreichen. Das bedeutet, daß die Temperatur des kühlsten Abschnitts des Entladungsrohrs so hoch wie möglich sein muß und daß die Temperatur des abgeschmolzenen Abschnitts des Entladungsrohrs in der Nähe des kühlsten Abschnitts erhöht werden muß. Dadurch tritt ein nachteiliger Effekt hinsichtlich der Betriebslebensdauer der Lampe auf. Andererseits führt ein Natriumgewichtsanteil von weniger als 10 Gew.-% dazu, daß in der Lampe vorhandene Verunreinigungen einen größeren Effekt ausüben. Da das Natrium während des Betriebs der Lampe mit den Verunreinigungen reagiert, führt die verringerte Menge an Natrium zu einem größeren Quecksilbereffekt, was einen scharfen Anstieg bei der Lampenspannung und ein Verlöschen der Lampe zur Folge hat. Aus diesem Grund sollte der Natriumgewichtsanteil innerhalb eines Bereichs von 10 ~ 90 Gew.-% gewählt werden. Folglich können Natriumlampen mit Ra - 40 ~ 70 geschaffen werden, indem man den Natriumgewicht$j anteil und den Durchschnittspotentialgradienten in der Weise festlegt, daß Werte erreicht werden, die in dem schraffierten Bereich liegen, der durch die Kurven A und B und die Geraden Cund Din Fig. 9 definiert ist. Die Kurven A bzw. B lassen sich durch die folgenden Formeln ausdrücken, wobei ρ (Gew.-%) für den Natriumgewichtsanteil und E CV/cm) für den Durchschnittspotentialgradienten stehen:

A: ρ + 30 =
B: ρ+ 20 =

480
E-6

480
£-12

(4)

60

Aus diesen Formeln und der Beziehung 10 £ ρ £90 erhält man die folgenden Formern

Aus den Formeln (6) und (7) wird der Bereich des Durchschnittspotentialgradienten bestimmt, und zwar wie folgt:

10 SE ^ 28.

(8)

E-12

E-U

(6)

Das heißt, es ist auf die oben erwähnte Weise möglich, eine qualitativ hochwertige Hochdruck-Natriumlampe zu schaffen, die eine hohe Lichtausbeute und gute Farbwiedergabeeigenschaften von Ra = 40 ~ 70 sowie große industrielle Vorteile aufweist.

Xenongas führt jedoch zu der höchsten Steigerung der Lichtausbeute. Es können auch andere Metalle zusätzlich zu Natrium und Quecksilber eingesetzt werden, um die Farbtemperatur oder andere Eigenschaften zu verbessern. Die Zugabe kann jedoch nur in einem solchen Ausmaß erfolgen, daß keinerlei schwerwiegende Änderung des Potentialgradienten verursacht wird.

In F i g. 10 sind jeweils die gemessenen Zündspannungen von zwanzig 400-W-Hochdruck-Natriumlampen gezeigt, die hergestellt wurden, indem man in den in F i g. 2 gezeigten Hochdruck-Natriumlampen den Druck des eingeschlossenen Xenons auf 465 mbar einstellt. Aus dieser Figur geht hervor, daß eine beträchtliche Streuung bei den Zündspannungen vorhanden ist.

Im Hinblick auf das oben erwähnte Streuen der Zündspannung haben die Erfinder eingehende Untersuchungen durchgeführt. Dabei hat sich herausgestellt, daß der Hauptgrund für dieses Streuen mit dem Schwärzen der inneren Oberfläche des Entladungsrohrs in der Nähe der Elektrode 6 zusammenhängt. Nachdem diese schwarze Substanz während des Betriebs der Lampe fast vollständig verschwindet, war außerdem klar, daß sich ein Großteil durch die Adhäsion des Na-Amalgams, also der in der Lampe eingeschlossenen Substanz, an der inneren Oberfläche in der Nähe der Elektrode 6 bildet, und zwar zusätzlich zu dem durch das Verspritzen des Elektronen emittierenden Materials verursachten Schwärzen. Ein derartiges Schwärzen, wie das durch das Na-Amalgam verursachte, tritt insbesondere an den seitlichen Endbereichen der kühlsten Abschnitte des Entladungsrohrs auf. Das heißt, es wird angenommen, daß beim Erlöschen der Lampe die Na- und Hg-Dämpfe an den seitlichen Endbereichen des kühlsten Abschnitts des Entladungsrohrs kondensieren, welche leichter zu kühlen sind und auf diese Weise auf der inneren Oberfläche des Entladungsrohrs in der Nähe der Elektrode 6 anhaften. Dadurch bildet sich eine Oberfläche aus, die leicht streuende Elektronenstrahlung oder dgl. einfangen kann.

Man kann davon ausgehen, daß zwischen dem Schwärzen der inneren Oberfläche des Entladungsrohrs in der Nähe der Elektrode 6 und der Zündspannung eine Beziehung besteht Das heißt, bei einer Hochdruck-Natriumlampe des in Fig. 2 gezeigten Baus, die mit einer Zünderleichterung 12 ausgerüstet ist, wird angenommen, daß die elektrischen Feldlinien zum Zeitpunkt des Zündens innerhalb des Entladungsrohrs den in Fig. 11a und 11b gezeigten Verlauf nehmen. In Fig. Ha sind die elektrischen Feldlinien in dem Fall dargestellt, in dem kein Schwärzen auf der inneren Oberfläche des Entladungsrohrs in der Nähe der Elektrode 6 vorliegt In diesem Fall tritt das Zünden leicht ein, da die elektrischen Feldlinien zum Zeitpunkt des Zündens durch die Zünderleichterung 12 konzentriert

ίο

sind, welche auf diese Weise zu einer großen Dichte der elektrischen Feldlinien beiträgt. Falls jedoch eine Schwärzung auf der inneren Oberfläche des Entladungsrohrs in der Nähe der Elektrode 6 auftritt, nehmen die elektrischen Feldlinien den in F i g. 11 b gezeigten Verlauf, der zu einem Anstieg der Zündspannung führt. Das heißt, die elektrischen Feldlinien verlaufen gemäß dem Bereich E in der Figur mit einem größeren Abstand. Dieser größere Abstand wird durch die schwarze Substanz 19, die an der Innenwand in der Nähe der Elektrode 6 anhaftet, bewirkt. Diese schwarze Substanz bildet einen Film hoher elektrischer Leitfähigkeit, und folglich wird die Dichte der elektrischen Feldlinien gering. Das führt dazu, daß die Zünderleichterung 12 nur einen geringen und unzuverlässigen Effekt zur Verringerung der Zündspannung ausüben kann, wodurch ein Anstieg oder ein Streuen der Werte der Zündspannung eintritt.

Im Hinblick auf die obengenannten Tatsachen haben die Erfinder folgendes Experiment durchgeführt. Gemäß Fig. 12 wurde ein Hitzeisolator 18, bestehend aus einem Metallgürtel, einem Ende des Entladungsrohrs einer 400-W-Hochdruck-Natriumlampe mit einem Xenondruck von 465mbar angepaßt. Der kühlste Abschnitt des Entladungsrohrs liegt am anderen Ende. Außen um das Entladungsrohr herum wurde, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Zünderleichterung 12 vorgesehen. Außerdem wurden Vorkehrungen getroffen, daß die Zünderleichterung 12 mittels Schaltern S_A und S_B, mit den jeweiligen Eingangsklemmen der wärmsten bzw. der kühlsten Seite elektrisch verbunden werden kann. Unter Verwendung dieser Anordnung werden die Schalter S_A und S_s alternierend geschlossen und die jeweilige Zündspannung gemessen. Die erhaltenen Werte sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2

Versuchsbedingung

Nummer des Versuchs

Durchschnitt

S_A an, S_B aus
S_A aus, S_B an

(Einheit: kV)

3,0 3,2 3,0 3,5 3,2 3,2
5,0 5,2 5,5 6,0 6,0 5,5

Aus Tabelle 2 geht hervor, daß die Zündspannung groß wird, wenn die Zünderleichterung 12 und der kühlste Teil des Entladungsrohrs unterschiedliche Potentiale aufweisen. Falls daher das Potential der Zünderleichterung 12 und das der Elektrode 6 in dem kühlsten Bereich des Entladungsrohrs gleich ist, wird es

möglich, den Abschirmeffekt des elektrischen Feldes zu überwinden und die Dispersion der elektrischen Feldlinien (den Abfall der Dichte der elektrischen Feldlinien), die durch das Na-Amalgam und andere in die Lampe eingeschlossene Substanzen verursacht wird, zu überwinden. Folglich kann ein Anstieg der Zündspannung vermieden werden, und es kann auf diese Weise eine Metalldampfentladungslampe geringer Zündspannung geschaffen werden, bei der keinerlei Streuung der Zündspannungswerte auftritt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Es wird eine Lampe des in Fig. 2 gezeigten Aufbaus hergestellt. Die Lampe umfaßt in ihrem äußeren Lampenkolben einen Bimetallstarter und weist ein Entladungsrohr 1 auf mit einem Innendurchmesser von 8,0 mm, einem Elektroden-Abstand von 7,9 cm und einem Natrium-Amalgam-Verhältnis von 0,81 und eine Xenonfüllung mit einem Druck von 465mbar. Die Daten dieser Lampe sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

Lampenspannung	130 V
Lampenstrom	3,3A
Leistungsaufnahme der Lampe	360W
Lichtausbeute	1201m/W
Ra	60
Farbtemperatur	2150K

Beispiel 2

Unter Verwendung eines Entladungsrohrs mit einer Länge von 114 mm und einem Innendurchmesser von 8,0 mm wird eine Lichtbogenlänge von 6,2 cm verwirklicht An beiden Enden werden Elektroden angeordnet Das Entladungsrohr ist damit so ausgebildet, daß ein veränderlicher Quecksilberdampflampen-Stabilisator verwendet werden kann. Xenongas von 530mbar bei Zimmertemperatur und Natrium- Amalgam-Rügelchen mit einem Natriumgewichtsanteil von 17 Gew.-% werden in das Rohr eingeschlossen. Bei Betrieb unter Verwendung eines Stabilisators für die 400-W-Quecksilberdampflampe werden bei einer Lampenspanuung von 125 V (Potentialgradient: 20,2 V/cm) und bei einer Leistungsaumahme der Lampe von 360W eine Lichtausbeute von 120 lm/W, ein allgemeiner Farbwiedergabeindex Ra von 60 und eine Farbtemperatur von 2200 K erreicht

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metalldampfentladungslampe mit einem in einem äußeren Lampenkolben untergebrachten und aus Oxidkeramik bestehenden Entladungsrohr, welches neben Natrium und Quecksilber ein Edelgas mit einem Fülldruck von mindestens 133 mbar enthält und an seiner äußeren Peripherie mit einer Zündhilfe ausgerüstet ist, wobei der prozentuale ι ο Gewichtsanteil des Natriums im Gemisch aus Natrium und Quecksilber der Beziehung 10 up £ 90 gehorcht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ende des Entladungsrohrs mit einem wärmeisolierenden Gürtel umhüllt ist und daß folgende Beziehung erfüllt ist: