EP0492205A2 - Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe - Google Patents

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EP0492205A2
EP0492205A2 EP91120910A EP91120910A EP0492205A2 EP 0492205 A2 EP0492205 A2 EP 0492205A2 EP 91120910 A EP91120910 A EP 91120910A EP 91120910 A EP91120910 A EP 91120910A EP 0492205 A2 EP0492205 A2 EP 0492205A2
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metal halide
discharge lamp
pressure discharge
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EP0492205A3 (en
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Andreas Dr. Genz
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Osram GmbH
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Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/12—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/125—Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having an halogenide as principal component

Definitions

  • the invention relates to a metal halide high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1.
  • Metal halide high-pressure discharge lamps of this type are used in particular in lighting systems for stage, film and television, where light with color temperatures between 4000 and 9000 K and very good color rendering is required in all color temperature ranges. Recently, these lamps have also been used in projection technology and effect lighting.
  • the object of the invention is to provide a metal halide high-pressure discharge lamp which emits radiation with a color temperature between 4000 and 9000 K and a general color rendering index Ra of greater than 90, the color rendering index R9 for the red spectral range in particular reaching values of 50 and more.
  • Color rendering can be further improved by using hafnium and / or zirconium as metal for the metal halide filling, values between 50 and 98 being achieved for the red rendering index R9 depending on the lamp type.
  • the general color rendering index Ra always has values of over 90.
  • the lamp bulb when the lamps are operated on a dimmer, the lamp bulb no longer shows any blackening.
  • the color rendering index no longer drops with decreasing performance, so that good color rendering values are also achieved here.
  • the hafnium and / or zirconium increases the burning voltage, which makes it possible to shorten the electrode spacing with the same mercury dosage in order to obtain higher luminance levels.
  • the lamps with hafnium and / or zirconium filling have reduced devitrification.
  • the discharge vessel contains 0.02 to 6 mg hafnium per ml of the vessel volume.
  • the filling should advantageously contain 0.01 to 4 mg of this metal per ml of the vessel volume.
  • Iodine and bromine in a molar ratio between 0.2 and 5 are advantageously used as halogens.
  • the discharge vessel should also contain cesium in an amount of up to 4 mg per ml of the vessel volume.
  • the discharge vessel can additionally contain one or more rare earth metals as well as nickel and / or cobalt.
  • the discharge vessel 2 made of quartz glass has a spherical shape and, at two diametrically opposite locations, has a neck 3, 4, into which pin-shaped tungsten electrodes 5, 6 are melted by means of sealing foils 7, 8 made of molybdenum. The ends of the sealing foils 7, 8 facing away from the discharge space are welded to power supply lines 9, 10.
  • Table 1 below shows two different fillings of the discharge vessel 2 of a 400 W lamp, one with hafnium and one with zirconium, as well as the photometric data obtained with the respective fill.
  • Table 1 Filling 1 Filling 2 J2 1.70 mg 1.10 mg Br2 0.84 mg 1.28 mg Cs 1.10 mg 1.10 mg Hf 1.80 mg --- Zr --- 0.48 mg Ed 11 mg 11 mg Ar 300 mbar 300 mbar Power consumption 400 W. 400 W.
  • Discharge tube volume 0.8 ml 0.8 ml Electrode gap 4.2 mm 4.2 mm Burning voltage 60 V 60 V Color temperature 5200 K. 6200 K Luminous efficacy 70 lm / W 68 lm / W Color rendering index Ra 95 97 Red rendering index R9 90 94 lifespan 300 h 300 h
  • FIG. 2 shows a metal halide high-pressure discharge lamp 13 according to the invention with a base on both sides and having a power consumption of 575 W.
  • the discharge vessel 14 made of quartz glass has an essentially spherical shape and has a neck 15, 16 at two diametrically opposite locations.
  • a pin electrode 17, 18 made of tungsten is melted into each of these necks 15, 16 in a gas-tight manner via a molybdenum sealing film 19, 20.
  • the sealing foils 19, 20 are electrically connected to a base of the type SFc 10-4, the base sleeve 21, 22 of which is attached to the free end of each neck 15, 16.
  • a threaded pin 23, 24 is welded onto the base sleeve 21, 22, on which in turn a knurled nut 25, 26 is screwed.
  • the electrical connection to the mains or ballast is established by connecting cables which are clamped between the base sleeve 21, 22 and the knurled nut 25, 26.
  • Table 2 below shows two different fillings of the discharge vessel for a 575 W lamp, one with hafnium and one with zirconium, as well as the lighting data of the lamps.
  • Table 2 Filling 3 Filling 4 J2 0.90 mg 0.90 mg Br2 0.60 mg 0.60 mg Cs 0.30 mg 0.30 mg Dy 0.40 mg 0.40 mg Hf 0.40 mg --- Zr --- 0.20 mg Co 0.05 mg 0.07 mg Ed 42 mg 46 mg Ar 400 mbar 400 mbar Power consumption 575 W. 575 W.
  • Discharge tube volume 2.60 ml 2.60 ml Electrode gap 6 mm 6 mm Burning voltage 100 V 100 V Color temperature 5600 K. 5600 K. Luminous efficacy 81 lm / W 81 lm / W Color rendering index Ra 94 95 Red rendering index R9 65 75 lifespan 750 h 750 h
  • FIG. 3 shows a metal halide high-pressure discharge lamp 27 according to the invention with a power consumption of 4000 W.
  • the lamp 27 consists of an ellipsoidal discharge vessel 28 made of quartz glass, at the two ends of which lie in the axis, a neck 29, 30 made of quartz glass is melted on.
  • a molybdenum sealing film 31, 32 is melted into each of the necks 29, 30, a pin-shaped electrode 33, 34 being provided on the end of the film 31, 32 facing the discharge vessel is welded from tungsten.
  • the other ends of the sealing film 31, 32 are electrically connected to the bases 35, 36 of the type SFa 21-12, which are inserted over the free ends of the necks 29, 30 and fastened by means of putty.
  • Table 3 shows two different fillings of the discharge vessel of a 4000 W lamp, one with hafnium and one with zirconium, as well as the lighting data of the lamps.
  • Table 3 Filling 5 Filling 6 J2 1.30 mg 1.30 mg Br2 2.30 mg 2.30 mg Cs 1.20 mg 1.20 mg Dy 0.95 mg 1.10 mg DG 0.55 mg 0.40 mg Hf 0.27 mg --- Zr --- 0.14 mg Ed 235 mg 220 mg Ar 400 mbar 400 mbar Power consumption 4000 W 4000 W Discharge tube volume 24.5 ml 24.5 ml Electrode gap 20 mm 20 mm Burning voltage 200 V 200 V Color temperature 6000 K. 6000 K. Luminous efficacy 102 lm / W 102 lm / W Color rendering index Ra 96 98 Red rendering index R9 92 95 lifespan 500 h 500 h

Abstract

Bei der Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) für Bühnen-, Film- und Fernsehbeleuchtungssysteme sowie für Projektionstechnik und Effektbeleuchtung enthält das Entladungsgefäß (2) als Metalle für die Metallhalogenide Hafnium und/oder Zirkon. Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn die Füllung bei Verwendung von Hafnium 0,02 bis 6 mg und bei Verwendung von Zirkon 0,01 bis 4 mg pro ml des Gefäßvolumens aufweist. Durch diese Metalle wird eine verbesserte Rotwiedergabe mit einem R₉ von größer gleich 50 erreicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen dieser Art werden insbesondere in Beleuchtungssystemen für Bühne, Film und Fernsehen eingesetzt, wo Licht mit Farbtemperaturen zwischen 4000 und 9000 K und sehr guter Farbwiedergabe in allen Farbtemperaturbereichen benötigt wird. Neuerdings finden diese Lampen auch in der Projektionstechnik und der Effektbeleuchtung Verwendung.
  • Aus der DE-PS 19 40 539 und der DE-PS 21 14 804 sind Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampen mit Halogenidzusätzen von Dysprosium und/oder Holmium und/oder Thulium bekannt. Diese Lampen geben Licht mit einer tageslichtähnlichen spektralen Zusammensetzung und einer Farbtemperatur von ca. 6000 K ab. Nachteilig ist jedoch, daß bei diesen Lampen der Farbwiedergabeindex noch keine optimalen Werte aufweist und insbesondere - wie bei den meisten anderen auf dem Markt befindlichen Hochdruckentladungslampen für diesen Anwendungszweck - der Wiedergabeindex R₉ für die roten Farbtöne nur höchstens Werte der Stufe 3 mit einem R₉ von etwa 40 erreicht. Die richtige Wiedergabe von Rottönen, wie sie insbesondere auch bei der Farbe der Haut vorliegen, ist bei Film, Fernsehen und Bühne von großer Bedeutung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe zu schaffen, die Strahlung mit einer Farbtemperatur zwischen 4000 und 9000 K und einem allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra von größer 90 abgibt, wobei insbesondere der Farbwiedergabeindex R₉ für den roten Spektralbereich Werte von 50 und mehr erreicht.
  • Die Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Durch die Verwendung von Hafnium und/oder Zirkon als Metall für die Metallhalogenidfüllung kann die Farbwiedergabe weiter verbessert werden, wobei für den roten Wiedergabeindex R₉ je nach Lampentyp Werte zwischen 50 und 98 erreicht werden. Der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra weist dabei immer Werte von über 90 auf.
  • Insbesondere zeigt bei Betrieb der Lampen an einem Dimmer der Lampenkolben keine Schwärzung mehr. Der Farbwiedergabeindex bricht mit abnehmender Leistung nicht mehr ein, so daß auch hier gute Farbwiedergabewerte erreicht werden. Durch das Hafnium und/oder Zirkon wird eine Erhöhung der Brennspannung erzielt, die es gestattet, bei gleicher Quecksilber-Dosierung den Elektrodenabstand zu verkürzen, um somit höhere Leuchtdichten zu erhalten. Außerdem weisen die Lampen mit Hafnium- und/oder Zirkonfüllung eine verminderte Entglasung auf.
  • Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn das Entladungsgefäß pro ml des Gefäßvolumens 0,02 bis 6 mg Hafnium enthält. Bei der Verwendung von Zirkon sollte die Füllung vorteilhaft pro ml des Gefäßvolumens 0,01 bis 4 mg dieses Metalls enthalten. Als Halogene werden vorteilhaft Jod und Brom in einem Molverhältnis zwischen 0,2 und 5 verwendet. Das Entladungsgefäß sollte außerdem Cäsium bis zu einer Menge von 4 mg pro ml des Gefäßvolumens enthalten.
  • Zur Einstellung der gewünschten Farbtemperatur zwischen 4000 und 9000 K kann das Entladungsgefäß zusätzlich eines oder mehrere Seltenerdmetalle sowie Nickel und/oder Kobalt enthalten.
  • Andere Zusätze, die untersucht worden sind, haben keine Verbesserung im angestrebten Sinn erbracht.
  • Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher veranschaulicht.
    • Figur 1
    zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe
    Figur 2
    zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe
    Figur 3
    zeigt eine Seitenansicht einer dritten erfindungsgemäßen Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe
  • In Figur 1 ist eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Leistungsaufnahme von 400 W dargestellt, wie sie in ein Reflektorsystem eingesetzt werden kann. Das Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas besitzt eine kugelförmige Gestalt und weist an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen je einen Hals 3, 4 auf, in den stiftförmige Wolfram-Elektroden 5, 6 mittels Dichtungsfolien 7, 8 aus Molybdän eingeschmolzen sind. Die dem Entladungsraum abgewandten Enden der Dichtungsfolien 7, 8 sind mit Stromzuführungen 9, 10 verschweißt. Am Übergang der Elektroden 5, 6 zu den Dichtungsfolien 7, 8 sind Freiräume 11, 12 zwischen den Elektroden 5, 6 und dem Glasmantel der Hälse 3, 4 angeordnet, in denen sich abgetragenes Wolfram der Elektroden sowie kondensierte Verunreinigungen aus dem Innern der Lampe 1 sammeln können, so daß eine Schwärzung der für die Lichtabstrahlung wesentlichen Teile des Entladungsgefäßes 2 verhindert wird.
  • In der nachfolgenden Tabelle 1 sind zwei unterschiedliche Füllungen des Entladungsgefäßes 2 einer 400 W-Lampe, eine mit Hafnium und eine mit Zirkon sowie die mit der jeweiligen Füllung erzielten lichttechnischen Daten zusammengestellt. Tabelle 1
    Füllung 1 Füllung 2
    J₂ 1,70 mg 1,10 mg
    Br₂ 0,84 mg 1,28 mg
    Cs 1,10 mg 1,10 mg
    Hf 1,80 mg ---
    Zr --- 0,48 mg
    Hg 11 mg 11 mg
    Ar 300 mbar 300 mbar
    Leistungsaufnahme 400 W 400 W
    Entladungsgefäßvolumen 0,8 ml 0,8 ml
    Elektrodenabstand 4,2 mm 4,2 mm
    Brennspannung 60 V 60 V
    Farbtemperatur 5200 K 6200 K
    Lichtausbeute 70 lm/W 68 lm/W
    Farbwiedergabeindex Ra 95 97
    Rotwiedergabeindex R₉ 90 94
    Lebensdauer 300 h 300 h
  • Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße zweiseitig gesockelte Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 13 mit einer Leistungsaufnahme von 575 W. Das Entladungsgefäß 14 aus Quarzglas besitzt eine im wesentlichen kugelförmige Gestalt und weist an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen je einen Hals 15, 16 auf. In diese Hälse 15, 16 ist je eine Stiftelektrode 17, 18 aus Wolfram über eine Molybdän-Dichtungsfolie 19, 20 gasdicht eingeschmolzen. Die Dichtungsfolien 19, 20 sind mit einem Sockel vom Typ SFc 10-4 elektrisch verbunden, dessen Sockelhülse 21, 22 auf das freie Ende jedes Halses 15, 16 aufgesteckt ist. Auf die Sockelhülse 21, 22 ist ein Gewindestift 23, 24 geschweißt, auf den wiederum eine Rändelmutter 25, 26 geschraubt ist. Die elektrische Verbindung mit dem Netz bzw. Vorschaltgerät wird durch Verbindungskabel hergestellt, die zwischen Sockelhülse 21, 22 und Rändelmutter 25, 26 eingeklemmt werden.
  • In der folgenden Tabelle 2 sind zwei unterschiedliche Füllungen des Entladungsgefäßes für eine 575 W-Lampe, eine mit Hafnium und eine mit Zirkon sowie die lichttechnischen Daten der Lampen zusammengestellt. Tabelle 2
    Füllung 3 Füllung 4
    J₂ 0,90 mg 0,90 mg
    Br₂ 0,60 mg 0,60 mg
    Cs 0,30 mg 0,30 mg
    Dy 0,40 mg 0,40 mg
    Hf 0,40 mg ---
    Zr --- 0,20 mg
    Co 0,05 mg 0,07 mg
    Hg 42 mg 46 mg
    Ar 400 mbar 400 mbar
    Leistungsaufnahme 575 W 575 W
    Entladungsgefäßvolumen 2,60 ml 2,60 ml
    Elektrodenabstand 6 mm 6 mm
    Brennspannung 100 V 100 V
    Farbtemperatur 5600 K 5600 K
    Lichtausbeute 81 lm/W 81 lm/W
    Farbwiedergabeindex Ra 94 95
    Rotwiedergabeindex R₉ 65 75
    Lebensdauer 750 h 750 h
  • In Figur 3 ist eine erfindungsgemäße Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 27 mit einer Leistungsaufnahme von 4000 W dargestellt. Die Lampe 27 besteht aus einem ellipsoidförmigen Entladungsgefäß 28 aus Quarzglas, an dessen beiden in der Achse liegenden Enden je ein Hals 29, 30 aus Quarzglas angeschmolzen ist. In die Hälse 29, 30 ist jeweils eine Molybdän-Dichtungsfolie 31, 32 eingeschmolzen, wobei an dem dem Entladungsgefäß zugewandten Ende der Folie 31, 32 eine stiftförmige Elektrode 33, 34 aus Wolfram angeschweißt ist. Die anderen Enden der Dichtungsfolie 31, 32 sind elektrisch mit den Sockeln 35, 36 vom Typ SFa 21-12 verbunden, die über die freien Enden der Hälse 29, 30 gesteckt und mittels Kitt befestigt sind.
  • Die folgende Tabelle 3 zeigt zwei unterschiedliche Füllungen des Entladungsgefäßes einer 4000 W-Lampe, eine mit Hafnium und eine mit Zirkon sowie die lichttechnischen Daten der Lampen. Tabelle 3
    Füllung 5 Füllung 6
    J₂ 1,30 mg 1,30 mg
    Br₂ 2,30 mg 2,30 mg
    Cs 1,20 mg 1,20 mg
    Dy 0,95 mg 1,10 mg
    Gd 0,55 mg 0,40 mg
    Hf 0,27 mg ---
    Zr --- 0,14 mg
    Hg 235 mg 220 mg
    Ar 400 mbar 400 mbar
    Leistungsaufnahme 4000 W 4000 W
    Entladungsgefäßvolumen 24,5 ml 24,5 ml
    Elektrodenabstand 20 mm 20 mm
    Brennspannung 200 V 200 V
    Farbtemperatur 6000 K 6000 K
    Lichtausbeute 102 lm/W 102 lm/W
    Farbwiedergabeindex Ra 96 98
    Rotwiedergabeindex R₉ 92 95
    Lebensdauer 500 h 500 h

Claims (7)

  1. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1, 13, 27) mit einem Entladungsgefäß (2, 14, 28) aus hochtemperaturfestem lichtdurchlässigen Material, zwei hochtemperaturbeständigen Elektroden (5, 6; 17, 18; 33, 34) und einer Füllung aus Quecksilber, mindestens einem Edelgas, Cäsium sowie Metallhalogeniden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe (1, 13, 27) zur Erzeugung von Licht mit einer Farbtemperatur zwischen 4000 und 9000 K, einem allgemeinen Farbwiedergabeindex Ra von größer 90 und einem Farbwiedergabeindex R₉ für den roten Spektralbereich von mindestens 50 als Metalle für die Metallhalogenide Hafnium und/oder Zirkon enthält.
  2. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2, 14, 28) Hafnium in einer Menge von jeweils 0,02 bis 6,0 mg pro ml des Gefäßvolumens enthält.
  3. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2, 14, 28) Zirkon in einer Menge von jeweils 0,01 bis 4,0 mg pro ml des Gefäßvolumens enthält.
  4. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2, 14, 28) als Halogene für die Halogenidverbindungen Jod und Brom in einem Molverhältnis zwischen 0,2 und 5 enthält.
  5. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2, 14, 28) Cäsium bis zu einer Menge von 4 mg pro ml des Gefäßvolumens enthält.
  6. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (14, 28) zusätzlich Seltenerdmetalle bis zu einer Menge von 6 mg pro ml des Gefäßvolumens enthält.
  7. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (14) zusätzlich Kobalt und/oder Nickel in einer Menge von 0,01 bis 0,2 mg pro ml des Gefäßvolumens enthält.
EP91120910A 1990-12-20 1991-12-05 Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe Expired - Lifetime EP0492205B1 (de)

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