DE3823602A1 - Dreiphasige hochdruck-gasentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine dreiphasige Hochdruck-Gasentladungslampe, welche ein aus lichtdurchlässigem, hitzebeständigen Material hergestelltes Entladungsgefäße und drei im Entladungsgefäß angeordnete Elektroden ent­ hält, die über Stromzuleitungen mit je einer Phase einer dreiphasigen Spannungsquelle verbunden sind und aus einem an den Stromzuleitungen angeschlossenen Elektrodenschaft, einem Elektrodenkopf und einer Elektrodenspitze bestehen, wobei die Elektrodenspitzen die Ecken eines ins­ gesamt im Entladungsgefäß liegenden imaginären gleichseitigen Dreiecks bestimmen und in das Entladungsgefäß eine Füllung eingebracht ist, welche ein Edelgas, Quecksilber und zumindest einen Zusatzstoff enthält.

Bei bisher bekannt gewordenen und weitverbreiteten Gasentladungslampen mit Zuschlagstoff wird im allgemeinen das Licht der Bogenentladung zwischen zwei zylindersymmetrisch angeordneten, von einem Einphasennetz gespeisten Elektroden erzeugt. Bei den einzelnen Anwendungen zeigen sich die Nachteile dieser Lampen in der Lichtmodulation, den Bogeninstabilitäten (z.B. in der konvektiven Bogenausbiegung bei Metallhalogenlampen und Quecksilberdampflampen), desweiteren in den mit der Neuzündung ver­ bundenen Problemen bei dem Nulldurchgang des Stroms. Die sich aus der Lichtmodulation der einphasigen Gasentladungslampen ergebende stroboskopische Wirkung ist insbesondere bei der Beleuchtung sich rasch bewegender Gegenstände, bzw. in der Film- und Videotechnik nachteilig.

Aus einzelnen Publikationen sind zur Eliminierung der erwähnten Mängel­ haftigkeiten dienende, von einem dreiphasigen Netz gespeiste Gas­ entladungslampen bekannt, in deren Entladungsraum drei Elektroden vor­ gesehen sind.

Aus der GB-PS 6 14 404 ist eine dreiphasige Entladungslampe bekannt geworden, wobei eine ein Edelgas, Quecksilber und Kadmium und/oder Zink enthaltende Füllung in einem kugelartigen, aus Quartz gefertigten Kolben vorgesehen ist. Im Kolben sind die Elektroden so angeordnet, daß die Köpfe der Elektroden "einander sehen", d.h. die Elektrodenköpfe im Kolben ein imaginäres Dreieck bestimmen, welches vollständig im Entladungsgefäß liegt und gleichseitig ist.

In der DE-OS 25 42 133 wurde eine gleichfalls dreiphasige Entladungslampe offenbart, wobei jedoch lediglich linienartige Entladungen zwischen den Elektroden im Entladungsgefäß auftreten können.

In der WO 83/0 41 140 wird die Verwendung eines ganz speziell ausge­ bildeten Entladungsgefäßes zur Aufnahme der drei Elektroden vorge­ schlagen, wobei eine weitere, dem Sternpunkt der Dreien zugeschaltete vierte Elektrode vorgesehen ist.

In der DD-A1 2 15 423 wird eine Niederdruck-Entladungslampe dargestellt, welche mit einer Schicht eines luminösen Stoffes versehen ist, wobei das Entladungsgefäß von ebenen Platten begrenzt ist und eine im Entladungsraum angeordnete vierte Elektrode enthält, die mit dem Sternpunkt der elektrischen Anordnung verbunden ist.

In der JP-OS 56-0 99 965 ist ein Entladungsgefäß beschrieben, welches drei geheizte Elektroden enthält, aus Glas besteht und von ebenen Platten begrenzt ist, wobei die Entladung ebenfalls linienartig ist.

Die in den erwähnten Publikationen dargestellten Entladungslampen fanden in der Praxis keine allgemeine Verbreitung. Die Gründe dazu sind in der nachteiligen Farbenwiedergabe (GB-A 6 14 404), in der komplizierten Gestaltung des Entladungsgefäßes (WO 83/0 41 140, DD-A1 2 15 423), oder der linienartigen - trotz der Anordnung der drei Elektroden im Entladungsraum nicht kugelartigen - Entladung (DE-OS 25 42 133, JP-OS 56-0 99 965) zu sehen.

Bei den Verbrauchern ist der Anspruch auf eine solche dreiphasige Hoch­ druck-Entladungslampe zu bemerken, welche ohne stroboskopische Wirkung eine gute Ausleuchtung sicherstellen kann und durch eine hochzuverlässige Farbwiedergabe gekennzeichnet ist. Die oben angeführten Patentdokumente offenbaren keine solchen Lösungen, welche diesem Anspruch entsprechen können.

Aufgrund der obigen Ausführungen besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine dreiphasige Hochdruck-Entladungslampe zu schaffen, welche von den aus dem Nulldurchgang des Stromes beim Stand der Technik folgenden stroboskopischen Wirkungen frei ist und eine Beleuchtung mit guter Farb­ wiedergabe sicherstellt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine kugelartige Entladung in einem solchen Entladungsraum realisierbar ist, in dem ein Zusatzstoff zur Gewährleistung der guten Farbwiedergabe vorhanden ist und die sich abspielenden Prozesse mit solchen Zeitkonstanten gekennzeichnet werden können, daß ein quasi statisches kugelartiges Plasma entsteht. Es ist an sich sehr wichtig, daß die Entladung kugelartig ist, da es eben bei den linien­ artigen Entladungen zu befürchten ist, daß die Lichtquelle stroboskopische Effekte zeigt.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis besteht darin, daß ein aus Keramik gefertigtes Entladungsgefäß die Möglichkeit bietet, das kugelartige Plasma aufgrund der dreiphasigen Speisung zu schaffen, falls die den entsprechenden Phasen des Speisenetzes zugeschalteten Elektroden in drei Punkten des Entladungsgefäßes so angeordnet werden, daß die Elektrodenköpfe "einander sehen", daß heißt zwischen ihnen kein Wandteil des Entladungsgefäßes vorhanden ist, und weiter die Elektrodenköpfe in den Ecken eines gedachten gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind, das vollständig innerhalb des Entladungsgefäßes liegt.

Aufgrund der oben angeführten Erkenntnisse wurde zur Lösung der ge­ stellten Aufgabe eine dreiphasige Hochdruck-Gasentladungslampe ge­ schaffen, welche ein aus lichtdurchlässigem, hitzebständigen Material her­ gestelltes und gegebenenfalls in einem äußeren, aus lichtdurchlässigem Material bestehenden Kolben angeordnetes Entladungsgefäß und drei in dem Entladungsgefäß angeordnete Elektroden enthält, die über Stromleitungen verbunden sind und aus einem an den Stromzuleitungen angeschlossenen Elektrodenschaft, einem vorzugsweise mit einem Überzug aus einem emissionsfähigen Stoff versehenen Elektrodenkopf und einer Elektroden­ spitze bestehen, wobei die Elektrodenspitze der Elektroden die Ecken eines vollständig im Entladungsgefäß liegenden gedachten gleichseitigen Dreiecks bestimmen und in das Entladungsgefäß eine Füllung eingebracht ist, welche ein Edelgas, Quecksilber und zumindest einen Zusatzstoff enthält. In einer Weiterentwicklung der Erfindung sind in der Füllung des Entladungsgefäßes als Zusatzstoffe Natrium und/oder ein Metallhalogenid, insbesondere Thalliumjodid, Dysprosiumjodid, Natriumjodid, vorgesehen.

Bei einer aus lichttechnischen Gründen besonders vorteilhaften Ver­ wirklichung der erfindungsgemäßen dreiphasigen Hochdruck-Entladungslampe ist das Entladungsgefäß aus Quartz hergestellt und die Stromzuleitungen so­ wie ein Abschnitt des damit verbundenen Elektrodenschaftes sind in einem gemeinsamen Ansatz angeordnet, wobei der Ansatz eine aus drei miteinander je einen Winkel von 120° einschließenden Ebenen versehene dreistrahlige Sterngestalt bildet. Diese einseitige und dreistrahlig sternartige Ausbildung der erfindungsgemäßen dreiphasigen Hochdruck-Entladungslampe ist an sich neu und ermöglicht die funktionale Verwirklichung einer Massenproduktion der Entladungslampe. Diese Gestalt ist bei der Verwendung der Entladungslampe sehr günstig.

Es ist auch sehr vorteilhaft, wenn zwei der drei Stromzuleitungen und die entsprechenden Abschnitte der Elektrodenschäfte voneinander isoliert, aber in einem gemeinsamen Ansatz angeordnet sind, während die dritte Stromzu­ leitung und der zugehörige Abschnitt des Elektrodenschaftes in einem anderen, dem vorerwähnten Ansatz diametral gegenüberliegenden Ansatz angeordnet sind.

In einer weiteren vorteilhaften Verwirklichung der vorgeschlagenen drei­ phasigen Gasentladungslampe ist es wichtig, daß das Entladungsgefäß aus Aluminiumoxidkeramik oder Yttriumoxidkeramik gefertigt ist und die Strom­ zuleitung und die Abschnitte der Elektrodenschäfte in einem die Keramik­ glocke verschließenden, aus Aluminiumoxidkeramik oder Yttriumoxidkeramik gefertigten Abschlußstopfen voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind. Dabei kann es auch von wichtiger konstruktiver Bedeutung sein, daß die Stromzuleitungen und die Abschnitte der sich anschließenden Elektroden­ schäfte voneinander isoliert in einem einzigen plattenartigen Ansatz ange­ ordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger vorteilhafter Ausführungs­ beispiele mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen zu der Achse einer dreiphasigen Metallhalogenid-Ent­ ladungslampe nach der erfindungsgemäßen Ausbildung mit drei Ansätzen senkrechten Schritt,

Fig. 2 eine Abbildung und einen Längsschnitt einer dreiphasigen Metallhalogenid-Entladungslampe nach der erfindungsge­ mäßen Ausbildung mit einem an der einen Seite vorhandenen sternförmigen Ansatz,

Fig. 3 eine Abbildung einer dreiphasigen Natriumdampfent­ ladungslampe nach der erfindungsgemäßen Ausbildung mit separater Darstellung des lnneren des Entladungsraums,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer dreiphasigen Metallhalogenid-Ent­ ladungslampe nach der erfindungsgemäßen Ausbildung mit einem einseitig in einer Ebene ausgestalteten flachen Ansatz, und

Fig. 5 einen Längsschnitt einer dreiphasigen Metallhalogenid-Ent­ ladungslampe nach der erfindungsgemäßen Ausbildung mit zwei einander gegenüberliegenden flachen Ansätzen.

Aus Fig. 1 ist ein annähernd kugelförmiges, aus Quarz gefertigtes Entladungsgefäß 1 einer nach der Erfindung ausgebildeten Hochdruck-Metall­ halogenid-Entladungslampe im Schnitt ersichtlich. Der Schnitt liegt in derjenigen Ebene, in welcher die Elektroden der Entladungslampe liegen und Stromzuleitungen 4 durch entsprechende abgeflachte Ansätze 2 eingeführt sind. Die Elektroden bestehen jeweils aus einem Elektrodenschaft 5, einem Elektrodenkopf 6 sowie einer Elektrodenspitze 7. In Fig. 1 sind die Elektrodenspitzen 7 gut sichtbar, und es ist leicht, ein gedachtes Dreieck so in das Entladungsgefäß 1 einzuzeichnen, daß die Elektrodenspitzen 7 an den Ecken des gleichseitigen Dreiecks liegen, wobei alle Elektrodenköpfe 6 "einander sehen", daß heißt zwischen ihnen keine Wandteile des Entladungs­ gefäßes vorhanden sind. Dieses gedachte Dreieck liegt daher vollständig innerhalb des Entladungsgefäßes. Die Wand des Entladungsgefäßes 1 berührt oder überschneidet das erwähnte gedachte Dreieck überhaupt nicht.

Die vakuumdichte Einführung der Stromzuleitungen 4 wird durch ent­ sprechende, aus Molybdän hergestellte Folien 8 ermöglicht. In dem Ent­ ladungsraum der in der Figur schematisch dargestellten Lampe ist eine Füllung vorhanden, die Quecksilber und ein zweckdienlich bestimmtes Metallhalogenid, vorteilhaft Dysprosiumjodid, Thalliumjodid und/oder Natriumjodid, und ein Edelgas, vorteilhaft Argon enthält. Die drei Stromzu­ leitungen 4 werden z.B. über eine zwischen zwei Phasen angeschlossene Zündvorrichtung und eine dreiphasige Drossel einzeln je an eine Phase ange­ schlossen. Nachdem der Strom auf die Lampe geschaltet worden ist, beginnt der Entladungsvorgang, bei dem binnen Kurzem ein sich ausbreitendes kugelförmiges Plasma entsteht. Infolge der Kugelform ist die Entladungs­ fläche im Verhältnis zu dem Volumen kleiner als bei einer linienartigen Entladung, wodurch der Lichtwirkungsgrad der Lampe erhöht wird. Infolge der Symmetrieverhältnisse bei der Entladung sind die Temperaturgradienten niedriger als bei einer linienartigen Entladung. Auf diese Weise sind gegenüber den bekannten Ausführungsformen die Segregationsvorgänge und die Diffusionsprozesse gewissermaßen zurückgedrängt, ist das Ausmaß der natürlichen Strömung geringer, wodurch der auf die Wand auftreffende Kationenfluß abnimmt - auf diese Weise wird die Lebensdauer der Lampe verlängert.

Die in Fig. 2 dargestellte Lampenkonstruktion enthält ebenfalls die drei "einander sehenden" Elektrodenspitzen 7, die in dem kugelartigen Ent­ ladungsgefäß 1 aus Quarz angeordnet sind. Die abgeflachten Ansätze 2 sind einseitig angeordnet und ihre Ebenen schließen einen Winkel von 120° mit­ einander ein. In dem Entladungsgefäß 1 ist eine Füllung verhanden, die Quecksilber, ein zweckdienlich bestimmtes Metallhalogenid, z.B. Dysprosiumjodid, Thalliumjodid und/oder Natriumjodid, und ein Edelgas, vorteilhaft Argon enthält. Je eine Phase des Stroms wird über eine an sich bekannte Zündvorrichtung und eine dreiphasige Drossel an jeweils eine Elektrode angeschlossen und die Entladung wird in Gang gesetzt. Innerhalb Kurzem gestaltet sich die kugelförmige Entladungsform. Diese Lampen­ konstruktion ist wegen der einfachen Anschlußmöglichkeit an die Strom­ quelle vorteilhaft. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Lösung zur Her­ stellung von mit Hochfrequenz gespeisten Niederleistungslampen verwendet werden, da gegenüber der einphasigen zylindersymmetrischen Konstruktion die Möglichkeit des Auftretens akustischer Resonanzen geringer ist.

Fig. 3 stellt eine erfindungsgemäße dreiphasige Hochdruck-Entladungs­ lampe dar, welche mit einem aus Aluminiumoxydkeramik gefertigten, an der einen Seite mit dem eigenen Grundstoff abgeschlossenen Entladungsgefäß 1 versehen ist. Das offene Ende des Entladungsgefäßes 1 ist mit einem Keramikstopfen 3 hermetisch abgeschlossen. Der Keramikstopfen 3 trägt eine aus Niob gefertigte Stromzuleitung 4 und einen Elektrodenschaft 5 sowie einen Elektrodenkopf 6, die mit der Stromzuleitung 4 eine Einheit bilden. Aus der Figur ist es wohl ersichtlich, daß die Elektrodenspitzen 7 ein gleichseitiges Dreieck bestimmen, das vollständig in dem Inneren des Entladungsgefäßes 1 liegt. Im Inneren des Entladungsgefäßes 1 ist eine Edel­ gasfüllung - vorteilhaft Xenon - vorhanden, die Natriumamalgam als Zu­ schlag enthält. Die drei Stromzuleitungen 4 werden über eine an sich be­ kannte Zündvorrichtung und eine Drossel mit je einer Phase des drei­ phasigen Netzes verbunden. Nach erfolgtem Zünden der Lampe gestaltet sich die kugelartige Entladungsform binnen Kurzem. Auch bei dieser Lampe nimmt die Lichtmodulation bedeutend ab, da infolge der von drei Phasen vorgenommenen Speisung der Lampe kein Nulldurchgang des Stroms auftritt, da nämlich immer zwei Elektroden gegeben sind, zwischen denen der Entladungsstrom fließt.

Fig. 4 stellt eine weitere vorteilhafte Ausbildung einer erfindungsgemäßen dreiphasigen Hochdruck-Entladungslampe dar, welche über ein Entladungsge­ fäß 1 und einen an der einen Seite des Entladungsgefäßes 1 angeordnete, die drei Stromleitungen 4 voneinander isoliert tragenden abgeflachten Ansatz 2 verfügt. In diesem Fall verlaufen die Stromzuleitungen 4 und je ein Ab­ schnitt des Elektrodenschaftes 5 zueinander parallel, hingegen sind zwei der Elektrodenschäfte 5 nahe des Elektrodenkopfes 6 abgebogen, wodurch in dem Entladungsraum das von den Elektrodenspitzen 7 bestimmte gedachte gleichseitige Dreieck entsteht, das vollständig innerhalb des Entladungsge­ fäßes 1 liegt. In dem Entladungsgefäß 1 ist Quecksilber, ein Metall­ halogenid, z.B. vorteilhaft Dysprosiumjodid, Thalliumjodid und Natriumjodid, desweiteren ein Edelgas, vorteilhaft Argon, als Füllung enthalten. Der Vor­ teil dieser Lampenkonstruktion zeigt sich in der einfachen Anschluß­ möglichkeit an die Spannungsquelle.

Fig. 5 stellt eine noch andere vorteilhafte Ausbildung der erfindungs­ gemäßen dreiphasigen Hochdruck-Entladungslampe dar, wobei ein im wesentlichen kugelförmiges Entladungsgefäß 1 aus Quarz vorgesehen ist. Das Entladungsgefäß enthält zwei einander gegenüberliegende abgeflachte An­ sätze. Auf diese Weise kann die Lampe auch in eine solche Konstruktion leicht eingesetzt werden, die beidseitig mit Strom gespeist werden kann. Einer der Ansätze 2 trägt zwei Stromzuleitungen 4, die Folien 8, zwei Elektroden, jeweils aus einem Elektrodenschaft 5 und dem damit eine Ein­ heit bildenden Elektrodenkopf 6 und der Elektrodenspitze 7, während der ge­ genüberliegende Ansatz 2 einen Stromzuleiter 4, eine Folie 8, und eine Elektrode mit einem Elektrodenschaft 5, einem sich anschließenden Elektrodenkopf 6 und einer Elektrodenspitze 7 trägt.

Aus der Figur ist es wohl ersichtlich, daß auch in diesem Fail erreicht werden kann, daß die Elektrodenspitzen einander gegenüberliegen, und zwar so, daß diese ein gedachtes gleichseitiges Dreieck bestimmen, das vollständig in dem Inneren des kugelförmigen Entladungsgefäßes 1 liegt. Ein weiterer Vorteil dieser Variante besteht darin, daß die bekannten Konstruktionen und Verfahren der die Lichtquellen erzeugenden Industrie zur Produktion der­ artiger Hochdruck-Entladungslampen leicht adaptiert werden können.

Der guten Ordnung halber soll es bemerkt werden, daß ein besonderer Vorteil sich darin zeigt, daß infolge des Wegbleibens des Nulldurchgangs des Stroms die Bereitschaft zur Neuzündung verbessert wird; als Erfolg des kugelartigen Entladungsbereichs kann die erfindungsgemäße Lösung sehr günstig in Reflektorsystemen, z.B. in Projektionsiampen, als Lichtquelle verwendet werden.

Darüber hinaus erleichtert die Entladung mit der Kugelfläche die Herstellung der Armaturen für die Lampen.

Ein allgemeiner Vorteil der Lampen mit Metallhalogenidzuschlägen besteht - mit den traditionellen Versionen verglichen - darin, daß sich die bei den traditionellen Versionen zur Aufrechterhaltung der erforderlichen vor­ schriftsmäßigen Wandtemperatur während des Betriebs unerläßlichen, kostaufwendigen und große Probleme sowohl bei der Herstellung als auch bei der Anwendung verursachenden problematischen wärmereflektierenden Schichten infolge des im wesentlichen kugelsymmetrischen Aufbaus er­ übrigen.

Claims (8)

1. Dreiphasige Hochdruck-Gasentladungslampe, welche ein aus lichtdurch­ lässigem, hitzebeständigen Material hergestelltes Entladungsgefäß und im Entladungsgefäß angeordnet drei Elektroden enthält, wobei die Elektroden mit je einer Phase einer dreiphasigen Spannnungsquelle über Stromzuleitungen verbunden aus einem an den Stromzuleitungen ange­ schlossenen Elektrodenschaft, einem Elektrodenkopf und einer Elektrodenspitze bestehen, die Elektrodenspitzen der Elektroden die Ecken eines insgesamt im Entladungsgefäß liegenden imaginären gleich­ seitigen Dreiecks bestimmten und in das Entladungsgefäß eine Füllung eingebracht ist, welche ein Edelgas, Quecksilber und zumindest einen Zu­ satzstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung im Entladungsgefäß (1) als Zusatzstoff Natrium und/oder ein Metallhalogen enthält.

2. Dreiphasige Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (1) aus Quartz hergestellt ist und die Stromzuleitungen (4) sowie ein Abschnitt des damit verbundenen Elektrodenschaftes (5) in einem gemeinsamen Ansatz (2) angeordnet sind, wobei der Ansatz (2) eine aus drei miteinander je einen Winkel von 120° einschließenden Ebene gebildete dreiseitige Sterngestalt bildet.

3. Dreiphasige Gasentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Entladungsgefäß (1) aus Aluminiumoxidkeramik oder Yttriumoxidkeramik gefertigt ist und die Stromzuleitungen (4) und die Abschnitte der Elektrodenschäfte (5) in einem die Keramikglocke ver­ schließenden, aus Aluminiumoxidkeramik oder Yttriumoxidkeramik ge­ fertigten Abschlußstropfen (3) voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind.

4. Dreiphasige Gasentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stromzuleitungen (4) und die Abschnitte der sich anschließenden Elektrodenschäfte (5) voneinander isoliert in einem einzigen plattenartigen Ansatz (2) angeordnet sind.

5. Dreiphasige Gasentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwei der drei Stromzuleitungen (4) und die entsprechenden Abschnitte der Elektrodenschäfte (5) voneinander isoliert in einem einzigen Ansatz (2) angeordnet sind, während die dritte Strom­ zuleitung (4) und der zugehörige Abschnitt des Elektrodenschaftes (5) in einem anderen, dem vorerwähnten Ansatz (2) gegenüberliedenden Ansatz (2) angeordnet sind.

6. Dreiphasige Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung als Metallhalogenid Thalliumjodid oder Dysporosiumjodid enthält.

7. Dreiphasige Gasentladungslampe nach einem der Anspüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (1) in einem aus licht­ durchlässigem Material bestehenden äußern Kolben angeordnet ist.

8. Dreiphasige Gasentladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenköpfe (6) mit einem Überzug aus einem emissionsfähigen Stoff versehen sind.