DE3506295A1

DE3506295A1 - Kompakte hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE3506295A1
Application number: DE19853506295
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 8028 Taufkirchen Block; Wolfgang Dr. Pabst; Manfred 8000 München Pilsak
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1985-02-22
Filing date: 1985-02-22
Publication date: 1986-08-28
Also published as: DE3670925D1; ATE52389T1; JPS61193354A; US4686419A; EP0193086B1; JPH0565976B2; EP0193086A2; EP0193086A3

Description

Patent-Treuhand-Gesei!schaft

für elektrische Glühlampen mbH., München

Kompakte Hochdruckenti adungslampe

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit kompakten Abmessungen und einer Wandbelastung

2
größer 100 W/cm , insbesondere für optische Systeme, bestehend aus einem Entladungsgefäß aus hochtemperaturfestem lichtdurchlässigem Material als einzigen Kolben, zwei hochtemperaturbeständigen Elektroden sowie einer Füllung aus Quecksilber, mindestens einem Edelgas, Metal!halogeniden und Halogen im Überschuß, wobei als Halogen Jod und/oder Brom vorhanden sind.

Aus der DE-OS 28 27 844 ist eine mit Gleichstrom betriebene Kurzbogen-Entladungslampe mit einem Kolben bekannt, der eine ionisierbare Füllung aus einem inerten Gas wie Argon und Halogen oder Metallhalogenid, wie beispielsweise Indiumjodid, enthält. Die Entladungslampe weist eine hohe mittlere Leuchtdichte auf. Allerdings beträgt die Lebensdauer der Lampe weniger als 100 Stunden und die Farb-Stabilität der abgegebenen Strahlung ist für Projektionszwecke nicht ausreichend. Ein weiterer Nachteil ist ihr großer Leuchtdichterückgang, der durch eine starke Abtragung der Kathodenspitze aufgrund des Gleichstrombetriebs verursacht wird.

Andererseits sind in der DE-PS 19 40 539 und der DE-PS 21 14 804 Quecksi1berdampf-Hochdruckent1adungslampen beschrieben, die Füllungszusätze von Halogeniden der Seltenen Erden, insbesondere von Dysprosium 30

und/oder Holmium und/oder Thulium enthalten. Die Lampen besitzen eine Lichtausbeute von 90 Im/W oder größer, wobei die Strahlung eine Farbtemperatur von 6000 K und einen Farbwiedergabeindex Ra von 92 hat. Für Projektionszwecke und andere optische Systeme, bei denen es auf hohe Leuchtdichten ankommt, sind diese Lampen ungeeignet, da sie keine genügend kompakten Abmessungen mit einem kurzen Lichtbogen aufweisen. Bei Verkleinerung der Abmessungen der Lampe für Projektionszwecke gibt der Kern des Entladungsbogens, der einzig in der Projektion zur Ausleuchtung verwendet wird, bei diesen Lampen eine Strahlung ab, deren Farbwiedergabeindex weit unter liegt und deren Farbtemperatur 6000 K bedeutend überschreitet.

Ziel der Erfindung ist es daher, eine kompakte Hochdruckentladungslampe für den Wechselstrombetrieb zu schaffen, die Strahlung mit einer hohen mittleren Leuchtdichte und einem sehr guten Farbwiedergabeindex erzeugt und gleichzeitig eine große mittlere Lebensdauer besitzt.

Die Hochdruckentladungslampe mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer mittleren Leuchtdichte von größer 30 ksb bei einer spezifischen Bogenleistung zwischen 400 und 5000 W/cm über eine mittlere Lampenlebensdauer von 250 Stunden mit einem Farbwiedergabeindex Ra von mindestens 85 das Entladungsgefäß als Metall für die Halogenidverbindungen Cadmium und Lithium enthält.

Unter einer mittleren Lampenlebensdauer ist hierbei eine Zeitdauer zu verstehen, während der die Licht-

ausbeute der Lampe ohne optisches System um höchstens 15 % abnimmt. Dadurch ist gewährleistet, daß der Lichtausbeute-Rückgang in einem entsprechenden optischen System nach dieser Zeitdauer zwischen 20 und höchstens 45 % liegt.

Durch die Metalle Cadmium und Lithium erhält die Lampe einen Entladungsbogen mit hoher Farbqualität, wobei der gesamte Bogen einschließlich des Saums eine Strahlung mit "sehr guter" Farbwiedergabe (Ra mindestens 85) erzeugt. Dadurch ist gewährleistet, daß die für Projektionszwecke verwendete Strahlung des Bogenkerns eine "gute" Farbwiedergabe mit einem Farbwiedergabeindex Ra zwischen 70 und 80 ermöglicht. Das Element Lithium dient dabei im wesentlichen zum Auffüllen des Spektrums im langwelligen, d.h. im roten Wellenlängenbereich der sichtbaren Strahlung.

Zusätzlich enthält das Entladungsgefäß als Metall für die Halogenidverbindungen Holmium. Aufgrund der V i el linienstrahlung des Holmiums wird eine weitere leichte Verbesserung der Farbwiedergabeeigenschaften der Strahlung erzielt. Dadurch wird auch die Anwendung der Lampe bei der Filmaufnahmebeleuchtung ermöglicht.

Beste Ergebnisse bezüglich Leuchtdichte, Farbwiedergabe und Lebensdauer werden erzielt, wenn das Entla-

3
dungsgefäß pro cm seines Volumens zwischen 0,1 und 5,0 mg Cadmium, bis zu 0,05 mg Lithium und zwischen 0,05 und 1,0 mg Holmium enthält. Bei höheren Dosierungen der Metallhalogenide treten Absorptionseffekte auf, die eine Abnahme der Lichtausbeute bewirken. Mit Hilfe des Lithiums läßt sich die Farbtemperatur der Lampe variieren und je nach Verwendungszweck im roten

- 6 Wellenlängenbereich steuern.

Zur Aufrechterhaltung des Halogenkreislaufs sowie zur Einstellung des optimalen Dampfdrucks enthält das Entladungsgefäß Brom und Jod in einem Mol verhältnis zwischen 0,5 und 2. Außerdem weist das Entladungsgefäß pro cm seines Volumens einen das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungen von Halogenen und Metallen in der Lampe übersteigenden Halogenüberschuß von bis zu 35 umol auf. Ein nicht funktionierender Kreislauf verursacht eine erhöhte Schwärzung des Entladungsgefäßes und eine starke Wolfram-Abtragung an den Elektroden und reduziert somit die mittlere Lebensdauer der Lampe. Ein nicht optimaler Dampfdruck wiederum ergibt eine zu geringe Leuchtdichte der Lampe. Beste Ergebnisse bezüglich
Lebensdauer und Leuchtdichte werden mit einem
Mol verhältnis von 1:1 bei Brom und Jod erzielt.

Die Lampe enthält als Grundgas nur Argon, das in der kalten Lampe in einem Druck zwischen 10 und

10 Pa vorliegt. Dadurch ist eine sichere Handhabung der Hochdruckentladungslampe in kaltem Zustand gewährleistet. Der Druck ist andererseits aber so hoch, daß beim Zünden der Lampe ein Abdampfen der Wolfram-Elektroden und damit eine Schwärzung des Entladungsgefäßes weitgehend unterbunden wird.

Das Entladungsgefäß enthält außerdem Cäsium zur Bogenstabi1isierung.

Die kompakte Hochdruckentladungslampe wird vorteilhaft mit einem fest mit der Lampe verbundenen Reflektor in Projektionssystemen eingesetzt. Es ist aber auch möglich, die Hochdruckentladungslampe ohne fest

verbundenen Reflektor in Sonderbeleuchtungssystemen wie z.B. in eng bündelnden Scheinwerfern für die Film- und Bühnenbeleuchtung zu verwenden.

Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher veranschaulicht.

Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe 10

Figur 2 zeigt ein von einer Lampe gemäß Figur 1 erzeugtes Spektrum

Figur 3 zeigt eine weitere in einen Reflektor fest eingebaute erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe

In Figur 1 ist eine 400-W-Hochdruckentladungslampe 1 von ca. 5,6 cm Länge dargestellt, wie sie in ein hier nicht dargestelltes Reflektorsystem eingesetzt wird.

Das Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas mit 0,22 cm Wand-

3 stärke besitzt ein Volumen von 0,76 cm . Die stabförmigen Elektroden 3, 4 sind in einem Abstand von 0,42 cm in den Elektrodenschäften 5, 6 des Entladungsgefäßes 2 gehalten, die eine Länge von ca. 2 cm und einen etwa kreisförmigen Außendurchmesser von ca. 0,8 cm besitzen. Die Elektroden 3, 4 sind über Molybdän-Folien 7, 8, die vakuumdicht in die Elektrodenschäfte 5, 6 eingeschmolzen sind, mit den Stromzuführungen 9, 10 verbunden. Am Übergang der Elektroden 3, 4 zu den Dichtungsfolien 7, 8 sind Freiräume 11, 12 zwischen den Elektroden 3, 4 und dem Glasmantel der Elektrodenschäfte 5, 6 angeordnet, in

denen sich abgetragenes Wolfram der Elektroden 3, 4 35

sowie kondensierte Verunreinigungen aus dem Innern der Lampe sammeln können, so daß eine Schwärzung der für die Lichtabstrahlung wesentlichen Teile des Entladungsgefäßes 2 verhindert wird. 5

Das Entladungsgefäß 2 enthält eine Füllung aus 0,15 mg Ho, 0,18 mg CsBr₁ 0,10 mg CsJ₅ 0,10 mg LiBr, 0,07 mg LiJ, 1,80 mg CdJ₂, 2,00 mg HgBr₂, 0,60 mg HgJ₂ sowie 13,1 mg metallisches Hg und Ar mit einem Grundgasdruck von 66,6 kPa. Bei einem Lampenstrom von 7,3 A und einer Lampenspannung von 55 V weist die Hochdruckentladungslampe 1 einen Anfangsnutzlichtstrom von 30 klm mit einer Farbtemperatur von ca. 4500 K auf. In einem Projektionssystem ohne Umlaufblende mit einem 16 mm-BiIdfenster und einem 1,2/50 mm-Objektiv lassen sich mit dieser Lampe bis zu 3600 Schirmlumen erreichen, wobei die Gleichmäßigkeit der Schirmausleuchtung E . /E_mit4._el nach DIN 15748 bei 0,65 und darüber liegt.

In Figur 2 ist die spektrale Strahlstärke einer 400-W-Hochdruckentladungslampe, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, in Abhängigkeit von der Wellenlänge im Bereich zwischen 250 und 1000 nm aufgetragen.

100 % entsprechen dabei 0,69 W pro sr und 10 nm.

Figur 3 zeigt eine in einem Reflektor 13 fest eingebaute Hochdruckentladungslampe 14 mit einer Leistungsaufnahme von 270 W. Die Lampe 14 liegt dabei mit ihrer Achse in der Achse des Reflektors 13. Während ein Elektrodenschaft 15 mittels Kitt 16 im Keramiksockel 17 befestigt ist, wird der andere Elektrodenschaft 18 durch gleichzeitig als Stromzuführung dienende Kupferbänder 19 am Keramikabschlußring 20 des Reflektors 13 gehalten. Die Hochdruckentladungs-

lampe 14 besitzt eine Länge von ca, 4,8 cm und ein

3 Entladungsgefäßvolumen von 0,28 cm . Die Elektroden 21, 22 sind wie bei der oben aufgeführten 400-W-lampe in einem Abstand von 0,25 cm über vakuumdicht eingeschmolzene Molybdänfolien 23, 24 mit den Stromzuführungen 25, 26 verbunden. Ein Stromanschluß 27 ist am Sockel 17, der andere (hier nicht sichtbar) am Abschlußring 20 des Reflektors 13 angebracht.

Die Füllung des Entladungsgefäßes 28 setzt sich aus 0,05 mg Ho, 0,13 mg CsBr, 0,07 mg CsJ₁ 0,04 mg LiBr, 0,03 mg LiJ, 1,10 mg CdJ₂, 1,18 mg HgBr₂, 0,25 mg HgJ_? sowie 7,5 mg metallisches Hg und Ar mit einem Grundgasdruck von 66,6 kPa zusammen. Bei einem Lampenstrom von 6 A und einer Lampenspannung von 45 V weist die Hochdruckentladungs1ampe 14 einen Anfangsnutzlichtstrom von 18 klm mit einer Farbtemperatur von 4500 bis 5000 K auf.

Die hohen Nutzlichtströme bei diesen Hochdruckentladungslampen lassen sich insbesondere mit Rechteckbetrieb bei ca. 300 Hz erhalten. Ein solcher Betrieb stellt auch sicher, daß bei Aufnahme- oder Projektionssystemen, die mit einer Umlaufblende arbeiten, keine Flimmereffekte auftreten.

Dr.Pr/Mg

- AO-

- Leerseite

'M

100

«

60

40

20

	f	pi	pi	p-j	J	ι	S
L f		U IJ 1
U
tJ				1
		U

250

500 FIG.

750 1000

Wellenlänge [nm]

Claims

Patentansprüche

1/. Hochdruckentladungslampe (1, 14) mit kompakten Abmessungen und einer Wandbelastung größer 100 W/cm , insbesondere für optische Systeme, bestehend aus einem Entladungsgefäß (2, 28) aus hochtemperaturfestern lichtdurchlässigem Material als einzigen Kolben, zwei hochtemperaturbeständigen Elektroden (3, 4; 21, 22) sowie einer Füllung aus Quecksilber, mindestens einem Edelgas, Metal!halogeniden und Halogen im Überschuß, wobei als Halogen Jod und/oder Brom vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer mittleren Leuchtdichte von größer 30 ksb bei einer spezifischen Bogenleistung zwischen 400 und 5000 W/cm über eine mittlere Lampenlebensdauer von 250 Stunden mit einem Farbwiedergabeindex Ra von /

mindestens 85 das Entladungsgefäß (2, 28) als Metall ^ für die Halogenidverbindungen Cadmium und Lithium enthält.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2, 28) außerdem als Metall für die Halogenidverbindungen Holmium enthält.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2, 28) pro cm seines Volumens zwischen 0,1 und 5,0 mg Cadmium und bis zu 0,05 mg Lithium enthält.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2, 28) pro

3
cm seines Volumens zwischen 0,05 und 1,0 mg Holmium enthält.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogene Brom und Jod in einem Molverhältnis von 0,5 bis 2 im Entladungsgefäß (2, 28) enthalten sind.
6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2, 28) pro cm seines Volumens einen das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungen von Halogenen und Metallen in der Lampe (1, 14) übersteigenden Halogenüberschuß von bis zu 35 μιποί enthält.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (1, 14) als Grundgas nur Argon enthält, das in der kalten Lampe (1, 14) in

4 5 einem Druck zwischen 10 und 10 Pa vorliegt.