DE4342478A1 - Niederwattige Hochdruckentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine niederwattige Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Lampen eignen sich aufgrund ihrer langen Lebensdauer und ihrer hohen Lichtqualität zur Innenraumbeleuchtung, z. B. in Eingangshallen, Verkaufs- und Wohnräumen. Sie besitzen eine warmweiße bis neutralweiße Lichtfarbe, d. h., eine Farbtemperatur von ca. 3000 bis 4500 Kelvin, die durch einen Natriumzusatz in der ionisierbaren Füllung erzielt wird. Ein technisches Problem, das bei allen natriumhal­ tigen Hochdruckentladungslampen beobachtet wird, ist das Auftreten von Natrium­ verlusten in der ionisierbaren Füllung des Entladungsgefäßes, verursacht durch eine Diffusion der Natriumionen durch die Entladungsgefäßwand hindurch. Diese Natrium­ verluste verursachen eine Änderung der Farbtemperatur, erhöhen die Zündspannung und führen schließlich zu einem frühzeitigen Ausfall der Lampe. Besonders stark tritt dieses Problem bei Halogenmetalldampf-Hochdruckentladungslampen auf, die mit einem ungesättigten Natriumdampfdruck betrieben werden.

Üblicherweise versucht man diesen Natriumverlust durch Einbringen einer Natrium­ überdosis in das Entladungsgefäß zu berücksichtigen. Außerdem weisen die aus dem Entladungsgefäß herausragenden Stromzuführungen bei höherwattigen natriumhalti­ gen Hochdruckentladungslampen oftmals Isolierungen auf, die das Auslösen von die Natriumdiffusion begünstigenden Photoelektronen verhindern, wie das z. B. in der EP-A 04 46 462 offenbart ist. Beide Maßnahmen lassen sich bei niederwattigen, natrium­ haltigen Hochdruckentladungslampen, insbesondere bei Halogenmetalldampf-Hoch­ druckentladungslampen mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von bis zu 150 W und mit einem Natriumanteil kleiner oder gleich 0,2 mg pro 1 cm³ Entladungsgefäß­ volumen, wegen ihrer extremen Miniaturisierung kaum durchführen. Das kleine Ent­ ladungsgefäßvolumen bedingt eine entsprechend gering dosierte Füllungsmenge, so daß bereits eine vergleichsweise geringfügig erhöhte Natriumdosierung im Vergleich zu den anderen Füllungskomponenten zu einer merklichen Änderung der Farbtempe­ ratur der Lampe führen kann. Ebenso verursachen bereits relativ geringe Schwan­ kungen der Natriummenge von Lampe zu Lampe, daß diese Lampen keine einheitliche Farbtemperatur mehr aufweisen. Andererseits verursacht ein Natriummangel in der ionisierbaren Lampenfüllung eine Erhöhung der Zündspannung und führt schließlich zum vorzeitigen Ausfall der Lampe.

Die britische Patentschrift GB 1 223 955 offenbart eine Hochdruckentladungslampe, die zur Verringerung von Natriumverlusten im Entladungsraum eine Abschirmelek­ trode und einen mit Inertgas gefüllten Außenkolben besitzt. Das Inertgas weist elek­ tronegative Zusätze auf, die die mittlere freie Weglänge der aus den Stromzuführun­ gen ausgelösten Photoelektronen herabsetzt. Durch die Gasfüllung im Außenkolben wird allerdings auch die thermische Isolation des Entladungsgefäßes erheblich ver­ schlechtert.

In der US 5 111 104 ist eine Halogenmetalldampf-Hochdruckentladungslampe, ins­ besondere eine hochwattige Halogenmetalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme größer oder gleich 175 Watt offenbart, die eine Farbtemperatur von ca. 3600 Kelvin und eine Lichtausbeute von ca. 90 lm/W auf­ weist. Als weitere Merkmale besitzt diese Lampe ein lichtdurchlässiges Entladungs­ gefäß, einen evakuierten Hüllkolben, der das Entladungsgefäß umgibt, einen gasdicht verschlossenen, mit Inertgas gefüllten Außenkolben, der den Hüllkolben umschließt, sowie elektrische Anschlüsse zur Spannungsversorgung der Lampe.

Versuche haben allerdings gezeigt, daß niederwattige Halogenmetalldampf-Hoch­ druckentladungslampen mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von bis zu 150 Watt, die gemäß der US 5 111 104 einen evakuierten Hüllkolben und einen mit Inert­ gas gefüllten Außenkolben aufweisen, aufgrund von Natriumverlusten in der ionisier­ baren Füllung keine befriedigende Lebensdauer besitzen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine niederwattige Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bereitzustellen, die eine ausreichende Lebensdauer besitzt und über ihre Lebensdauer keine oder nur unbedeutende Na­ triumverluste aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer niederwattige Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme kleiner oder gleich 150 Watt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Inertgasfüllung im Hüllkolben mit einem Kaltfülldruck von vorteilhafterweise mindestens 600 mbar erschwert die Diffusion der Natriumionen durch die Entladungs­ gefäßwand und ermöglicht eine gleichmäßige Temperaturverteilung über das Entla­ dungsgefäß. Der Hüllkolben besteht aus einem UV-Strahlen absorbierenden, licht­ durchlässigen Material. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß aus den Strom­ zuführungen Photoelektronen ausgelöst werden, die die Natriummigration begüns­ tigen würden. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Hüllkolbenmaterial um Cer­ dotiertes Quarzglas. Die Absorption der UV-Strahlung in diesem dotierten Quarzglas erwärmt den Hüllkolben, der sich über das Inertgas im thermischen Kontakt mit dem Entladungsgefäß befindet. Dadurch wird die durch die Absorption der UV-Strahlen erzeugte Wärme zum Entladungsgefäß zurückgekoppelt, was zur Verbesserung der Energiebilanz der Lampe beiträgt. Überraschenderweise konnten, entgegen der tech­ nischen Lehre des als Stand der Technik zitierten Patentes US 5 111 104, keine kon­ vektionsbedingten Wärmeverluste beobachtet werden. Die Fluoreszensstrahlung des Cers im Hüllkolbenmaterial verbessert außerdem die Farbwiedergabe der erfindungs­ gemäßen Lampe im blauen Spektralbereich.

Durch den evakuierten Außenkolben wird die Baueinheit, bestehend aus dem Ent­ ladungsgefäß und dem Hüllkolben, gegen die Umgebung thermisch isoliert. Ferner ge­ währleisten der Außenkolben und der Hüllkolben sowie der relativ hohe Inertgasfüll­ druck im Hüllkolben einen hervorragenden Berstschutz. Im Fall eines berstenden Ent­ ladungsgefäßes verlieren die Splitter durch den Hüllkolben und den verhältnismäßig hohen Inertgasfülldruck einen großen Teil ihrer kinetischen Energie, so daß der Außenkolben unbeschädigt bleibt
Vorteilhafterweise besteht der Außenkolben ebenfalls aus einem UV-Strahlen absor­ bierenden Material, so daß die unerwünschte UV-Strahlung beinahe vollständig unter­ drückt wird.

Die Anwendung der Erfindung hat sich besonders bei niederwattigen Halogenmetall­ dampf-Hochdruckentladungslampen mit einem geringen Natriumgehalt von bis zu 0,2 mg pro 1 cm³ Entladungsgefäßvolumen bewährt. So konnte bei den Lampen gemäß des weiter unten beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels die mittlere Lebensdauer auf mehr als 4000 Betriebsstunden gesteigert werden, während die Lampen gemäß der unten erläuterten Ausführungsbeispiele zwei und drei sogar eine mittlere Lebens­ dauer von über 6000 Betriebsstunden erreichten.

Nachstehend wird die Erfindung anhand dreier besonders bevorzugter Ausführungs­ beispiele näher erläutert.

Die Figur zeigt eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungs­ gemäßen Hochdruckentladungslampe entsprechend der bevorzugten Ausführungs­ beispiele. Beim ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Halogenmetall­ dampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 35 Watt. Die Lichtausbeute dieser Lampe beträgt ca. 69 lm/W. Diese Lampe besitzt ein einseitig gequetschtes Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas, in dem eine natrium­ haltige, ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen ist. Innerhalb des Entladungs­ gefäßes 1 sind zwei Elektroden 2, 3 angeordnet, die jeweils über eine Molybdänfolien­ einschmelzung 4, 5 mit je einer aus dem Entladungsgefäß 1 herausragenden Strom­ zuführung 6, 7 elektrisch leitend verbunden sind. Das Entladungsgefäßvolumen be­ trägt ca. 0,1 cm³ und der Natriumanteil der ionisierbaren Füllung, in Form von Natriumjodid, ca. 0,11 mg. Das ergibt einen reinen Natriumgehalt von nur 0,016 mg, und entspricht einem Natriumanteil von ca. 0,16 mg bezogen auf 1 cm³ Entladungs­ gefäßvolumen.

Das Entladungsgefäß 1 ist, mit geringem Abstand, vollständig von einem einseitig ge­ quetschten, gasdicht verschlossenen Hüllkolben 8 umgeben. Der Hüllkolben 8 besteht aus Quarzglas, das mit ca. 0,5 Gewichtsprozent Cer in Form von Ceraluminat dotiert ist. Innerhalb des Hüllkolbens 8 befindet sich Stickstoffgas, das bei Raumtemperatur einen Kaltfülldruck zwischen 600 mbar bis 700 mbar aufweist. Die aus dem Entla­ dungsgefäß herausragenden Stromzuführungen 6, 7 sind jeweils über eine Molybdän­ folieneinschmelzung 9, 10 mit je einer aus dem Hüllkolben 8 herausgeführten Strom­ zuführung 11, 12 elektrisch leitend verbunden. Ein einseitig gequetschter und einseitig gesockelter Außenkolben 13 umschließt den Hüllkolben 8 gasdicht. Der Außenkolben 13 ist evakuiert und besteht ebenfalls aus einem mit ca. 0,5 Gewichtsprozent Cer dotierten Quarzglas. Die aus dem Hüllkolben 8 herausgeführten Stromzuführungen 11, 12 sind jeweils über eine Molybdänfolieneinschmelzung 14, 15 mit je einer aus dem Außenkolben 13 herausragenden Stromzuführung 16, 17 elektrisch leitend ver­ bunden. Die aus dem Außenkolben 13 herausgeführten Stromzuführungen 16, 17 stehen mit den aus dem Sockel 18 herausragenden Kontaktstiften 19, 20 im elek­ trischen Kontakt.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Halogenmetalldampf- Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 70 Watt mit einem Entladungsgefäßvolumen von ca. 0,3 cm³. Die ionisierbare Füllung enthält ca. 0,29 mg Natriumjodid. Das entspricht einem reinen Natriumgehalt von ungefähr 0,14 mg bezogen auf 1 cm³ Entladungsgefäßvolumen. Der Aufbau dieser Lampe ist, abgesehen von den Abmessungen, identisch zu dem des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels.

Die Lampe gemäß des dritten Ausführungsbeispiels ist eine Halogenmetalldampf- Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ungefähr 150 Watt. Sie besitzt ein Entladungsgefäßvolumen von ca. 1 cm³. Die ionisierbare Füllung enthält ca. 0,61 mg Natriumjodid und ca. 0,42 mg Natriumbromid. Das ent­ spricht einem reinen Natriumgehalt von ca. 0,18 mg. Der Aufbau dieser Lampe ist ebenfalls in der Figur schematisch dargestellt und, abgesehen von den Abmessungen, identisch zu dem des ersten Ausführungsbeispiels.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbei­ spiele. So kann beispielsweise der Hüllkolben anstelle der UV-Strahlen absorbieren­ den Dotierung des Quarzglases auch eine UV-Strahlen hemmende Beschichtung auf­ weisen. Das gleiche gilt natürlich auch für den Außenkolben. Als UV-Strahlen ab­ sorbierende Dotiersubstanzen für das Quarzglas des Hüllkolbens kann neben Ceralu­ minat beispielsweise auch Ceroxid oder Titanoxid verwendet werden. Der gewichts­ mäßige Anteil der Dotierung am Quarzglas kann ebenfalls variert werden.

Claims (8)

1. Niederwattige Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsauf­ nahme kleiner oder gleich 150 Watt mit folgenden Merkmalen:

• - einem Entladungsgefäß (1) aus Quarzglas,
• - einer gasdicht in einem Entladungsgefäß (1) eingeschlossenen ionisierbaren, natriumhaltigen Füllung,
• - einem lichtdurchlässigen Hüllkolben (8), der das Entladungsgefäß (1) gasdicht umschließt,
• - einem lichtdurchlässigen Außenkolben (13), der den Hüllkolben gasdicht umgibt,
• dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Hüllkolben (8) mit einem Inertgas gefüllt ist und aus einem Ultraviolett­ strahlen absorbierenden Material besteht,
• - der Außenkolben (13) evakuiert ist.

2. Niederwattige Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der reine Natriumanteil der ionisierbaren Füllung bezogen auf das Entladungsgefäßvolumen kleiner oder gleich 0,2 mg/cm³ beträgt.

3. Niederwattige Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Inertgasfülldruck im Hüllkolben (8) bei Raumtemperatur min­ destens 600 mbar beträgt.

4. Niederwattige Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hüllkolben (8) aus Quarzglas besteht, das eine UV-Strahlen absorbierende Dotierung aufweist.

5. Niederwattige Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hüllkolben (8) aus einem Cer-dotierten Quarzglas besteht.

6. Niederwattige Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenkolben (13) aus einem UV-Strahlen absorbierenden Material besteht.

7. Niederwattige Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Außenkolben (13) aus einem Quarzglas mit UV-Strahlen ab­ sorbierender Dotierung besteht.

8. Niederwattige Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lampe eine Halogenmetalldampf-Hochdruckentladungslampe ist.