DE3731134C2 - Hochdruck-Metallhalogenidentladungslampe mit niedriger Farbtemperatur und guter Farbwiedergabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Metall­ halogenidentladungslampe mit niedriger Farbtemperatur und guter Farbwiedergabe, die ein lichtdurchlässiges, hochschmelzendes, vorteilhaft aus Quarzglas verfertigtes Entladungsgefäß und wenigstens zwei Hauptelektroden aufweist, die in dem einen Ende oder in den gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes eingeschmolzen sind; als Zündgas ist (sind) in dem Entladungsgefäß Edelgas(e) enthalten, als Puffergas wird eine Quecksilberfüllung verwendet, und eine im Betriebszustand eine Sättigung sicherstellende Menge an Dy-, Ho- und Na-Halogenid und gegebenenfalls Tl- und/oder Cs- und/oder Li-Halogenid als Zuschlagstoff sind in dem Entladungsgefäß enthalten, das Entladungsgefäß ist in einem lichtdurch­ lässigen Außenkolben angeordnet, in den die Stromzuleitungen entweder an dem einen Ende oder an beiden Enden des Außenkolbens eingeführt sind.

Aus der Patentanmeldung EP 0049545 A1 ist eine Metallhalogenidentladungslampe bekannt, in der als Seltenes Erd­ metall Praseodym, Neodym und Lutetium, sowie Natrium, Quecksilber und Edelgas enthalten sind, das Molverhältnis des Seltenen Erdmetalls und des Natriums im Bereich zwischen 1 : 1 bis 1 : 20 liegt und Quecksilber in dem Entladungsrohr in einer Menge zwischen von 2 bis 100 mg/cm³ vorhanden ist, wobei das Verhältnis Seltenes Erdmetall/Natrium und die Menge des Quecksilbers mit der Nominalleistung der Lampe umgekehrt proportional sind. Nach den Beispielen 11 bzw. 12 der Beschreibung konnte ein allgemeiner Index der Farbwiedergabe Ra von 66 bis 71 bei einer Farbtemperatur von 3515 K bzw. 3440 K erreicht werden.

Im Sinne der Offenlegungsschrift DE-OS 25 19 377 konnte eine Farbtemperatur unter 4500 K durch Zugabe von Seltenem Erdmetall-Halogenid, Alkali-, Erdalkali- und Thalliumhalogenid, sowie unter Anwendung eines Blaufilters erreicht werden. Als Blaufilter wird Zinnjodid verwendet, das als Zuschlag in die Füllung eingeführt wird, oder das Blaufilter wird entweder als Überzug auf das Entladungsrohr aufgetragen oder dem Grundstoff des Entladungsrohrs oder des Außen­ kolbens zugemischt. Bei dieser Lösung bringt die Ver­ wendung des Zinns in dem Entladungsraum wegen der bogen­ beschränkenden Wirkung bedeutende Probleme mit sich. Der eingeschränkte Bogen kann, insbesondere nach einem längeren Betrieb die Wand des Entladungsgefäßes angreifen, wodurch die Lebensdauer der Lampe verkürzt wird. In der in der Beschreibung als Beispiel erwähnten Lampe sind Dysprosium, Natriumjodid, Thalliumjodid und Zinn, desweiteren Quecksilberjodid und Brom enthalten. Im Laufe des Betriebs diffundieren die Natriumionen aus dem Entladungsgefäß durch die Quarzwand und lassen einen Halogenüberschuß in dem Entladungsgefäß zurück. Als Ergebnis kommt eine weitere Bogenbeschränkung zustande, die auch die Auslöscheigenschaften der Lampe beeinträch­ tigt. Im Sinne der Beschreibung wird die schädliche Wirkung des beschränkten Bogens mit einem elektroden- stabilisierten Bogen kompensiert, das bedeutet, daß ein kleindimensioniertes kurzes Entladungsrohr verwendet wird. Diese Lösung weist jedoch den Nachteil auf, daß infolge der Wandbelastung und erhöhten Schwarzwerdens die nützliche Lebensdauer der Lampe verkürzt wird. Als Ausgleich wird Brom verwendet, was wiederum zur erhöhten Korrosion der Elektroden führt.

Ähnliche Probleme kommen bei der Hochdruck- Metallhalogenidentladungslampe nach DE-OS 26 55 167 vor, bei der gleicherweise Zinn- und Natriumhalogenid zum Erreichen einer niedrigen Farbtemperatur angewendet wird. Bei der als Beispiel dienenden Realisierung konnte bei einer korrelierten Farbtemperatur von 3000 K ein allge­ meiner Farbwiedergabeindex Ra=75 erreicht werden.

In einer Publikation von Dobrusskin et al. (Technisch-Wissenschaftliche Abhandlungen der Osram- Gesellschaft, Band 12, 1986, Seiten 11-30) wird eine Lampe beschrieben, die Dysprosium, Holmium, Thulium, Thallium, Natrium, Quecksilber und Jod enthält. In dem Artikel gelangen die Verfasser zu der Konklusion, daß die warmweiße Farbe mit Seltenem Erdmetall als Zuschlag nicht realisiert werden kann, da infolge der großen Wandbelastung die Lebensdauer zu kurz wäre.

Da unverändert ein tatsächlicher Wunsch nach einer Metallhalogenidlampe mit niedriger Farbtemperatur und guter Farbwiedergabe mit einer längeren Lebens­ dauer besteht, wurde trotz der obenerwähnten negativen Publikationen der Erfindung das Ziel gesetzt, eine derartige Lampe zu entwickeln.

Im Laufe der Forschungstätigkeit wurde die Erkenntnis gemacht, daß durch die entsprechende Wahl des Verhältnisses der in das Entladungsrohr dosierten Zuschlagstoffe, wie Dysprosium-, Holmium-, sowie Natrium­ halogenide, insbesondere Jodide, ohne die Anwendung eines Blaufilters, ohne hohe Wandbelastung, die niedrige korrelierte Farbtemperatur von 3000-4000 K neben einer guten Farbwiedergabe erreicht werden kann, ohne die Lebensdauer verkürzen zu müssen. Es konnte festgestellt werden, daß ein größeres Molverhältnis Natriumhalogenid zu Seltenem Erdmetall eine niedrigere Farbtemperatur und schlechtere Farbwiedergabe ergibt, wogegen mit einem kleineren Molverhältnis eine höhere Farbtemperatur und bessere Farbwiedergabe erreicht werden können. Durch die Änderung der zugegebenen Thallium­ jodidmenge kann die Farbe der Lampe in jedem Fall der Farbe des Planck-Strahlers ähnlich sein. Durch die Zugabe von Cäsiumjodid wird die bogenbeschränkende Wirkung der Seltenen Erden auch dann verringert, wenn nach einem langen Betrieb der infolge des Natrium­ verlustes der Lampe auftretende Halogenüberschuß zu einer weiteren Beschränkung des Bogens führen würde.

Die erfindungsgemäße Metallhalogenidentladungslampe beruht auf der obenbeschriebenen Erkenntnis.

Demnach bezieht sich die Erfindung auf eine Hochdruck-Metallhalogenidentladungslampe mit niedriger Farb­ temperatur und guter Farbwiedergabe, die ein licht­ durchlässiges, hochschmelzendes, vorteilhaft aus Quarz­ glas verfertigtes Entladungsgefäß und wenigstens zwei Hauptelektroden aufweist, die in dem einen Ende oder in den gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes eingeschmolzen sind; als Zündgas ist (sind) in dem Entladungsgefäß Edelgas(e) enthalten, als Puffergas wird eine Quecksilberfüllung verwendet, und eine im Betriebszustand eine Sättigung sicherstellende Menge an Dy-, Ho- und Na-Halogeniden und gegebenenfalls Tl und/oder Cs- und/oder Li-Halogenid als Zuschlagstoff sind in dem Entladungsgefäß vorhanden. Das Entladungsgefäß ist in einem licht­ durchlässigen Außenkolben angeordnet, in den die Stromzu­ leitungen entweder an dem einen Ende oder an beiden Enden des Außenkolbens eingeführt sind.

Die erfindungsgemäße Metallhalogenidentladungslampe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Mol­ verhältnis des in dem Entladungsgefäß vorhandenen Dy- und Ho-Halogenids zu dem Na-Halogenid im Bereich zwischen 1:1 und 1:4 liegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand einiger vorteilhafter Ausführungsbeispiele der Metallhalogenidentladungslampe mit Hilfe der beiliegenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 das Schema der erfindungsgemäßen 250 W Metallhalogenidentladungslampe, an zwei Enden gesockelt,

Fig. 2 die Lampe nach Fig. 1, aber in einer 150 W Ausführung.

Wie es aus der Fig. 1 ersichtlich ist, ist ein Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas in einem äußeren Quarzkolben 2 angeordnet. In den beiden Enden des Entladungs­ gefäßes 1 aus Quarzglas sind Elektroden 3, 3′ abgeflacht eingesetzt; die Elektroden sind entweder aus reinem Wolfram verfertigt, oder sind mit 1 bis 3% Thorium­ oxid oder mit 1 bis 3% Dysprosiumoxid + Holmiumoxid aktiviert. In einer Abflachung 4, 4′ gewährleistet eine Mo-Folie 5, 5′ den Vakuumverschluß. Strom wird über einen Mo-Draht 6, 6′ zugeführt. Die Abbindung der Restgase im äußeren Quarzkolben 2 und die Auf­ rechterhaltung des Vakuums werden durch ein Zirkonium- Aluminiumgetter 7 gewährleistet. In einer Abflachung 8, 8′ des äußeren Quarzkolbens 2 ist eine Mo-Folie 9, 9′ angeordnet, zu welcher der Strom mittels eines Mo-Drahts 10, 10′ zugeführt wird. Ein Keramiksockel 11, 11′ ist mit einem Bindemittel an den Abflachungen 8, 8′ befestigt. Der Mo-Draht 10, 10′ ist an einem Anschluß 12, 12′ angeschweißt, der die Lampe mit dem Netz ver­ bindet. In dem Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas ist eine Füllung 13 enthalten, die Edelgas, z. B. Argon, außerdem Quecksilber, Dysprosium, Holmium, Thallium, Cäsium und Jod, in gewissen Fällen Brom enthält.

Es ist gleich­ gültig, ob die Metalle - mit der Ausnahme des Natriums - in elementarer oder anderer Form zugegeben werden. Das Jod z. B. kann als Quecksilberjodid oder alle Metalle können als Halogenide zugegeben werden. Es wird vorge­ schlagen, das Natrium als Halogenid zu dosieren, da das elementare Natrium die Quarzwand angreift. Auf die Enden des Entladungsgefäßes 1 aus Quarzglas ist ein wärmereflektierender Überzug 14, 14′ aus Zirkonium­ dioxid aufgetragen.

Fig. 2 stellt eine weitere Ausführungsform dar, wobei die Numerierung der einzelnen Bestandteile mit jener nach Fig. 1 übereinstimmt.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen sind äußerst günstig, da in den Metallhalogenidlampen des hier veran­ schaulichten Typs die Auswanderungsgeschwindigkeit des Natriums niedrig ist. So kann eine Lampe erhöhter Lebensdauer verfertigt werden. Eine an dem einen Ende abgeflachte Version ist auch möglich. Die einzige wesentliche Forderung besteht darin, daß die Auswanderung des Natriums über die Quarzwand niedrig ist.

Im folgenden sind einige Beispiele unter Bezugnahme auf die Figuren angegeben:

Beispiel 1

Eine 250 W Metallhalogenidlampe wird in Form nach Fig. 1 verfertigt, deren Entladungsgefäß 1 aus einem Quarzglasrohr mit einem Innendurchmesser von 13 mm erzeugt worden ist; der Abstand zwischen den Elektroden 3, 3′ beträgt 30 mm. Beide Enden des Entladungsgefäßes 1 aus Quarzglas wurden mit einem wärmereflektierenden Überzug 14, 14′ aus Zirkoniumdioxid versehen. Die Elektroden 3, 3′ wurden mit zwei Arten von Emissionsstoffen hergestellt. Bei der Version mit Thoriumdioxid ist die Lichtausbeute im Vergleich zur Version mit 50-50% Dysprosium-Holmiumoxidzugabe vermindert. Die Elektroden 3, 3′ bestehen aus auf einem Wolframstab (Außendurchmesser 0,7 mm) aufge­ zogener doppelschichtiger Wolfram-Doppelwendel. Im kalten Zustand enthält das Entladungsgefäß 1 aus Quarz­ glas 60 mbar Argon, 19 mg Thallium-Cäsium-Amalgam, 2 mg Natriumjodid, 0,6 mg 50-50% Dysprosium-Holmium- Folie und 3,1 mg Quecksilberjodid. Das Molverhältnis Natriumjodid/Disprosium-Holmium-Jodid beträgt 3,6. Die Farbtemperaturen der Lampen betragen 3127 K bzw. 3245 K, und die Farbwiedergabeindexe 79 bzw. 80. Nach einer Brennperiode von 10 000 Stunden änderte sich die Farbtemperatur auf 2948 K bzw. 3151 K, während der allgemeine Farbwiedergabeindex unverändert blieb.

Bei der Änderung des Molverhältnisses konnte bei einer Farbtemperatur 3500 bis 3600 K der Farb­ wiedergabeindex auf 83-84 erhöht werden.

Wird ein Molverhältnis von 1:1 gewählt, er­ reicht die Farbtemperatur einen Wert von etwa 5000 K, während der Farbwiedergabeindex den Wert Ra=90 annimmt.

Beispiel 2

Eine 150 W Metallhalogenidlampe wurde in der Ausführung nach Fig. 2 hergestellt, in der die Ver­ hältnisse der Zuschlagstoffe mit jenen nach Beispiel 1 übereinstimmen. Es konnten Farbtemperaturen von 3089 K und 2993 K und Farbwiedergabeindexe von 75 und 79 gemessen werden. Diese Werte ändern sich nach einer 2000stündigen Brennperiode auf 3039 K bzw. 2970 K, sowie auf 79 bzw. 83. Das bedeutet, daß ohne eine beachtenswerte Änderung der Farbtemperatur ein besserer Farbwiedergabeindex erreicht wurde.

Es kann daher festgestellt werden, daß unter Anwendung der Erfindung das gesetzte Ziel - nämlich eine niedrige Farbtemperatur und gute Farbwiedergabe bei einer langen Lebensdauer - erreicht werden kann.

Claims (4)

1. Hochdruck-Metallhalogenidentladungslampe mit niedriger Farbtemperatur und guter Farbwiedergabe, die ein licht­ durchlässiges, hochschmelzendes, vorteilhaft aus Quarz­ glas verfertigtes Entladungsgefäß und mindestens zwei Hauptelektroden aufweist, die an dem einen Ende oder an den gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes eingeschmolzen sind, das in einem lichtdurchlässigen Außen­ kolben angeordnet ist, in den die Stromzuleitungen entweder an dem einen Ende oder an beiden Enden des Außenkolbens eingeführt sind, wobei in dem Entladungsgefäß als Zündgas, Edelgas enthalten ist, als Puffergas eine Quecksilberfüllung verwendet wird und eine im Betriebszustand die Sättigung sicherstel­ lende Menge an Dy-, Ho-, und Na-Halogeniden und gegebenen­ falls Tl- und/oder Cs- und/oder Li-Halogenid als Zusatz­ stoff vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis der Summe von Dy- und Ho-Halogenid zu dem Na-Halogenid im Bereich zwischen 1 : 1 und 1 : 4 liegt.

2. Metallhalogenidentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Entladungsgefäß vorhandenen Metallhalogenidzusätze Metalljodide sind.

3. Metallhalogenidentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molverhältnis Dy zu Ho in dem Entladungsgefäß 1:1 beträgt.

4. Metallhalogenidentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der NaJ-Gehalt pro Bogenzentimeter max. 1 mg beträgt.