DE69502581T2 - Entladungslampe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe mit einer äußeren Hülle, die einen in einer lichtdurchlässigen Abschirmung angeordneten Brenner aufweist, und insbesondere Lampen, die ein verbessertes Betriebsverhalten und ein verbessertes Containment in dem unwahrscheinlichen Fall eines Kapselberstens besitzen.
• Entladungslampen, insbesondere von der Metallhalogenid verwendenden Sorte, werden im Hinblick auf ihre hohe Lichtausbeute und lange Lebensdauer vielfach für kommerzielle Anwendungen benutzt. Ein typische Metallhalogenidlampe besitzt einen Brenner aus Quarz oder eingeschmolzenem Siliziumoxid, der innerhalb einer äußeren Hülle aus Borosilikatglas hermetisch eingesiegelt ist. Der Brenner, selber hermetisch abgedichtet, besitzt in einander gegenüberliegende Enden ein gesiegelte Wolframelektroden und enthält ein entladungserzeugendes und unterhaltendes Medium. Dieses Medium oder diese Füllung umfaßt Quecksilber, Metallhalogenid-Additive, die allgemein die Halogenide von Natrium, Zäsium und Scandium umfassen, sowie ein Edelgas zur Erleichterung des Zündens. Es können auch Starter in der Form von Hilfselektroden, wie es Stand der Technik ist, oder Ultraviolettquellen verwendet werden, wie in den US-A-4 818 915 und US-A-5 323 091 gezeigt. Bei Lampen hoher Leistung ist die äußere Hülle mit Stickstoff oder anderen inerten Gasen mit Drücken gefüllt, die unterhalb des Atmosphärendrucks liegen. Bei Lampen niedriger Leistung, wie denjenigen, die bei etwa 100 Watt betrieben werden, ist die äußere Hülle evakuiert und mit einem Gettermaterial versehen, um das Vakuum aufrechtzuerhalten.
• Diese Lampen entwickeln mit zunehmendem Alter weniger Lumen und zeigen einen Spannungsanstieg und eine Absenkung ihres Farbwiedergabeindexes (CRI).
• Ferner wurde als wünschenswert festgestellt, diese Metallhalogenid- Bogenentladungslampen mit einer Abschirmung zu versehen, die aus einem allgemein zylindrischen, lichtdurchlässigen Element, beispielsweise aus Quarz, besteht, das in der Lage ist, hohen Betriebstemperaturen zu widerstehen. Der Brenner und die Abschirmung sind innerhalb der Lampenhülle koaxial angebracht, wobei der Brenner innerhalb der Abschirmung angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Abschirmung ein an beiden Enden offenes Rohr. In anderen Fällen ist die Abschirmung jedoch an einem Ende offen und besitzt eine geschlossene, kuppelförmige Konfiguration am anderen Ende.
• Abschirmungen für Metallhalogenid-Entladungslampen sind in US-A-4 499 396, US-A-4 580 989 und US-A-4 281 274 offenbart, wie auch in der oben erwähnten US-A-5 323 091.
• Die bei Lampen nach dem Stand der Technik verwendeten Quarzabschirmungen sind wegen ihrer durch die Wandstärke, die 3 mm beträgt, charakterisierte Größe teuer, wobei diese Größe als notwendig festgestellt wurde wegen der Masse der Brenner, die aus Quarz hergestellt sind, das eine Wandstärke von 1 mm aufweist.
• Durch die EP-A-0 616 358 sind Abschirmungen aus Hartglas offenbart, die eine geringere Dicke aufweisen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit eine Entladungslampe mit einer äußeren Hülle geschaffen, die einen innerhalb einer lichtdurchlässigen Abschirmung enthaltenen Brenner aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner eine Wandstärke von etwa 0,5 mm besitzt und die Wandstärke der Abschirmung etwa zweimal diejenige des Brenners beträgt.
• Eine Verringerung der Dicke des Brenners reduziert die Masse jedweden Teilchens, das von einem Bersten herrührt, und erlaubt somit eine Reduktion der Dicke der Abschirmung. Ferner zeigten mit den Dünnwand-Brennern ausgerüstete Lampen eine erhöhte Lumenbeibehaltung und einen verstärkten Farbwiedergabeindex (CRI) ohne Einfluß auf die Farbtemperatur.
• Vorzugsweise ist der Brenner eine Metallhalogenid-Entladungslampe und enthält eine entladungsstützende Füllung, die zumindest die Halogenide von Natrium, Zäsium und Scandium einschließt. Sowohl der Brenner als auch die Abschirmung sind bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform aus Quarz hergestellt, und zwar mit einer Wandstärke des Brenners zwischen 0,4 und 0,6 mm, vorzugsweise zwischen 0,45 und 0,55 mm, und höchst vorzugsweise gleich 0,5 mm, und mit einer Abschirmungswand, die im wesentlichen zweimal so dick ist, d. h. zwischen 0,8 und 1,2 mm, vorzugsweise zwischen 0,9 und 1,1 mm und höchst vorzugsweise gleich 1,0 mm. Bei solch einer bevorzugten Ausführungsform kann dies einen CRI größer als 70 hervorrufen, und vorzugsweise größer als 72 über den größten Teil der Lampenlebensdauer, die länger sein kann als 4000 Stunden.
• Somit kann durch eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Metallhalogenid-Entladungslampe geschaffen werden, welche umfaßt: einen ein entladungserzeugendes und -unterhaltendes Medium enthaltenden Brenner mit ersten und zweiten, an einander gegenüberliegenden Enden eingesiegelten Elektroden, eine den Brenner umgebende Hülle mit ersten und zweiten Anschlüssen zur elektrischen Verbindung mit demselben, einen elektrischen Verbinder, der die erste Elektrode mit dem ersten Anschluß verbindet, einen elektrischen Verbinder, der die zweite Elektrode mit dem zweiten Anschluß verbindet, eine hitzereflektierende Beschichtung auf zumindest einem Ende des Brenners, eine betriebsmäßig mit dem Brenner verbundene Starthilfe, und eine lichtdurchlässige Abschirmung, die um den Brenner an zumindest zwei Seiten desselben angeordnet ist, wobei der Brenner eine vorgegebene Wandstärke von etwa 0,5 mm und die Abschirmung eine Stärke aufweist, die größer ist als die vorgegebene Stärke, und wobei das Verhältnis der Abschirmungswandstärke zur Brennerwandstärke etwa 2 beträgt.
• Einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun lediglich beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Es zeigt:
• Fig. 1-4 graphische Darstellungen, welche die Betriebsbedingungen bevorzugter Lampen nach der vorliegenden Erfindung verdeutlichen, und
• Fig. 5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Lampe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
• Bezugnehmend auf die Zeichnung ist in Fig. 5 eine Metallhalogenid- Entladungslampe 10 mit einer abgedichteten Hülle 12 gezeigt, die eine Quarzhülse 14 einschließt. Die Hülse 14 umgibt einen Brenner 16, der an seinen einander gegenüberliegenden Enden Elektroden 18 aufweist und ein Füllmaterial enthält, das in der Lage ist, einen Bogen bzw. eine Entladung zu erzeugen und zu stützen. Die Füllung kann Quecksilber, Metallhalogenide und Argon umfassen, wie bekannt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest die Halogenide von Natrium, Zäsium und Scandium verhanden. Jede Elektrode ist mit einem Molybdänband 20 verbunden, das in einer Dichtung 22, 23 eingeschlossen ist, vorzugsweise in einer Quetschdichtung, die den Brenner hermetisch abdichtet. Von einem Lampensockel 28 ist durch einen Lampenstengel 30 und Zuleitungen 32 und 26 elektrische Energie an die Elektroden 18 des Brenners angeschlossen. Um die Cold-Spot- Temperatur zu steuern, wie dies bekannt ist, kann ein Überzug aus geeignetem Material 27, wie Zirkoniumdioxid, die Enden des Brenners überdecken.
• Ein UV-Verstärker 24 besitzt eine abgedichtete Hülle 34, die eine Elektrode 25 umgibt. Die Elektrode 25 ist mit dem Zuleitungsdraht 26 verbunden einerseits und kapazitiv gekoppelt mit dem Zuleitungsdraht 32 andererseits, der einen Leiter aufweisen kann, der schraubenförmig um die Hülle 34 herumgewunden ist. Ein typischer UV-Verstärker besitzt etwa 4,0 mm Durchmesser und 15,0 bis 20,0 mm Gesamtlänge. Weitere Einzelheiten von UV-Verstärkern sind in der US-A-5 323 091 offenbart.
• Die in Fig. 5 gezeigte Abschirmung 14 besitzt eine kuppelförmige Gestalt. Es muß jedoch klar sein, daß eine Abschirmung, die aus einem an beiden Enden offenen Zylinder besteht, in gleicher Weise geeignet ist, derartige Abschirmungen sind ebenfalls bekannt.
• Der Aufbau der erfindungsgemäßen Lampe ist im wesentlichen wie oben beschrieben, mit der Ausnahme, daß der Brenner 16 aus Quarz mit einer Wandstärke von 0,5 mm und die Abschirmung aus Quarz mit einer Wandstärke von 1,0 mm aufgebaut ist. Dies führt zu einer beachtlichen Einsparung an Materialkosten, da Quarz ein Material ist, das nach Gewicht verkauft wird.
• Bezugnehmend auf die dargestellten Grafiken wird es ersichtlich sein, daß die bevorzugten Lampen nach der vorliegenden Erfindung (Test A) sich mit den Standardlampen (Kontrolle) vorteilhaft vergleichen. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Grafik gemäß Fig. 3 erheblich verbesserte CRI für die bevorzugten Lampen nach der vorliegenden Erfindung zeigt, wie auch einen vergleichbaren Lumenverlust bis zum Ablauf von 4000 Stunden, was in Fig. 4 gezeigt ist.
• Diese Verbesserungen werden unter Verwendung von weniger an teuren Materialien erreicht, da der Brenner eine Dicke von lediglich 0,5 mm und die Abschirmung eine Dicke von 1 mm besitzt.
• Der Grund für das Ergebnis des erhöhten CRI ist nicht mit Sicherheit bekannt, es wird jedoch angenommen, daß er ein Ergebnis der Aufrechterhaltung einer gleichmäßigeren Temperatur innerhalb des Brenners ist, und, konsequenterweise, daß eine geringere Wärmemenge durch die Bereiche der Quetschdichtungen abgeführt wird, und zwar infolge des dünnen Quarzes in diesen Bereichen. Je geringer die Wärmeabfuhr, desto größer die Wärmerückhaltung. Diese Wärmerückhaltung in einem vom Kondensat besetzten Bereich erzeugt erhöhte CRI, ohne andere Betriebsparameter negativ zu beeinflussen, beispielsweise die Farbtemperatur.
• Ferner werden bei Verwendung des dünnen Wandmaterials die Behandlungszeiten verringert. Wegen der geringeren Masse erfordert das Material weniger Zeit zur Aufheizung in einen plastischen Zustand, um die Quetschdichtung der Elektroden durchzuführen. Verringerte Quetschdichtungszeit steht in Verbindung mit einer verringerten Zeitspanne, in der die Elektrodenbaugruppen der extremen Hitze der Dichtungsfeuer ausgesetzt sind. Diese verringerte Zeitspanne reduziert die Möglichkeit von Elektrodenoxidation, die nach einiger Zeit das Betriebsverhalten und die Lebensdauer der Lampe ungünstig beeinflussen.
• Das Containment der Lampen wurde durch erzwungenen Ausfall geprüft. Ein erzwungener Ausfall besteht aus einem Zünden der Lampe und einem Betreiben derselben bis zum Gleichgewicht, um sodann einen über die Lampe gekoppelten 20 bis 30 Mikrofarad-Kondensator mit zwischen 1500 und 2500 Volt zu entladen. Wenn Lampen, welche die 0,5 mm Brennerwand- und die 1 mm Abschirmungswand-Dicke aufwiesen, in eine Standard-ED-17-Außenhülle montiert und derart getestet wurden, fielen sämtliche Brenner schlagartig aus. Es blieben jedoch sämtliche äußere Hüllen intakt und hielten sämtliche Fragmente zusammen. Somit erhöht die Verwendung des bevorzugten Brenners und der bevorzugten Abschirmung gemäß der vorliegenden Erfindung den CRI der Lampen und stellt ein exzellentes Containment im Falle eines Berstens zur Verfügung.
• Damit ist zumindest gemäß einer dargestellten Auführungsform der vorliegenden Erfindung eine Entladungslampe geschaffen, die die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, ein verbessertes Betriebsverhalten aufweist und verbesserte Containmentfähigkeiten besitzt.

Claims (10)

1. Bogenentladungslampe (IO) mit einer äußeren Hülle (12), die einen innerhalb einer lichtdurchlässigen Abschirmung (14) angeordneten Brenner (16) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (16) eine Wandstärke von etwa 0,5 mm und die Abschirmung (14) eine Wandstärke von etwa zweimal derjenigen des Brenners aufweist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (16) aus Quarz hergestellt ist.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (14) aus Quarz hergestellt ist.

4. Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (16) eine Metallhalogenid-Bogenentladungsröhre ist.

5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (16) eine Füllung enthält, die zumindest die Halogenide von Natrium, Zäsium und Scandium aufweist.

6. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an zumindest einem Ende des Brenners (16) eine hitzereflektierende Beschichtung (27) vorgesehen ist.

7. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Farbwiedergabeindex (CRI) von größer als 70 aufweist.

8. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen CRI größer als 72 für den überwiegenden Teil ihrer Lebensdauer aufweist.

9. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie während ihrer Lebensdauer einen CRI von zwischen 70 und 75 aufweist.

10. Lampe nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lebensdauer von mehr als 4000 Stunden besitzt.