EP1039504A1 - Metallhalogenid-Entladungslampe - Google Patents
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- EP1039504A1 EP1039504A1 EP00103679A EP00103679A EP1039504A1 EP 1039504 A1 EP1039504 A1 EP 1039504A1 EP 00103679 A EP00103679 A EP 00103679A EP 00103679 A EP00103679 A EP 00103679A EP 1039504 A1 EP1039504 A1 EP 1039504A1
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- European Patent Office
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- metal halide
- filling
- μmol
- lamp according
- halide lamp
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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 is based on a metal halide discharge lamp with a long service life according to the preamble of claim 1. It is in particular around metal halide discharge lamps for the field of application of effect lighting, i.e. with color temperatures above 5000 K and medium Arc lengths.
- the service life is at least 1500 hours.
- a metal halide discharge lamp with a long service life (at least 1500 hours) is already known, which is suitable for a wall load above 30 W / cm 2 .
- the filling contains the metals Li, In, Tl and Sn for use in effect lighting (over 5000 K color temperature). Na and rare earth metals are deliberately avoided as these are problematic for the quartz glass discharge vessel.
- the disadvantage of this filling is the limited wall load. At high wall loads above 50 W / cm 2 there is a strong drift in the color temperature due to diffusion of the small-atom Li through the wall of the discharge vessel.
- EP 492 205 is a metal halide lamp for effect lighting known as metals hafnium u./o. Zircon used. Otherwise only cesium, rare earth metals and cobalt or nickel are used as additives. Though becomes a good color rendering (color rendering index Ra> 90) and a good one Red rendering (R9> 90) achieved. However, the lifespan is only around 500 up to 750 hours
- Such lamps are preferably used for luminaires for architecture and Effect lighting, in particular for ambient lighting highlighting and intensifying accent lighting in limited areas, e.g. in House and apartment, in galleries or at events.
- the optical properties of light, especially localization the generation of light, the luminous flux related to the lamp power and the color temperature demands placed between the area of general lighting and special requirements, such as projection are.
- Li is replaced by one or more of the components Hf, Zr and Ta can be.
- the proportion of these lithium substitutes is preferably between 0.2 and 4.0 ⁇ mol / ml selected.
- the invention assumes that devitrification, that is, increasing crystallization the bulb of a metal halide discharge lamp essentially its Lifetime determined.
- the invention therefore sees a filling without a rare earth element because the rare earth elements are the main cause of the devitrification phenomenon have turned out with increasing operating age of the lamp.
- Dispensing with a rare earth element has an additional beneficial effect - in addition to extending the lifespan through lower devitrification - also result in a reduced tendency of the lamp to blacken on the inner wall of the bulb.
- the invention uses a filling which, in addition to the conventional components of ignition gas, mercury, halogen, indium, thallium and tin, contains the lithium substitutes hafnium, zirconium and tantalum individually or in combination.
- the lithium substitutes are responsible for the red component, while indium is responsible for the blue component and thallium for the green component in the radiation from the lamp. All of these elements essentially emit spectral lines, while tin is used to create a good continuum between the lines.
- this filling composition develops its optimal effect (long service life and good maintenance with good lighting values) only from a wall load of 50 W / cm 2 .
- Lamps with a color temperature of over 5000 K are preferred, better above 6000 K.
- the arc length of the respective lamp power is accordingly in the middle area; in particular, that related to the arc length specific output between 50 and 90 depending on the embodiment W / mm.
- Preferred halogens are the conventionally known elements iodine and bromine, i.e. the metals mentioned indium, thallium and tin as well as the lithium substitutes are added to the lamp as iodides and / or as bromides. Furthermore, part of mercury may added as iodide or bromide to excessive piston blackening to avoid. So it can be elemental and / or mercury be added as a halide.
- the invention finds a useful field of application in the performance range of 200 to 2500 W per lamp, but can also be used outside of these ranges become. As already explained at the beginning, it is particularly suitable for the Effect light market, in which somewhat lower demands on the color locus and the Luminance than in special applications such as in the film area or projection area be put. On the other hand, it makes itself felt in the effect light area the significantly improved service life as an economically significant advantage noticeable.
- the outer bulb can e.g. can also be advantageous as protection against contact, for example if an inner piston provided with two on opposite sides in a lamp to be connected on one side only. Then someone has to of the two connections of the inner piston on the outer wall of the inner piston are guided along to the other side, using an outer bulb as protection against accidental contact is appropriate. Finally, the improved explosion protection can be a reason for choosing a lamp with an outer bulb.
- the spatial-physical design is conventional and corresponds, for example the form explained in EP-A 492 205. The corresponding revelation is hereby referred.
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- Discharge Lamp (AREA)
Abstract
Eine Metallhalogenid-Entladungslampe mit Lebensdauer über 1500 Stunden und mit einer Farbtemperatur über 5000 K wird mittels einer seltenerdelementfreien Füllung, die In, TI und Sn sowie Hf, Zr und /oder Ta enthält, erreicht. Die Wandbelastung des Entladungsgefäßes beträgt mindestens 50W/cm<2>. Die erfindungsgemäße Lampe eignet sich vor allem für den Effektlichtbereich.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenid-Entladungslampe mit langer Lebensdauer
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere
um Metallhalogenid-Entladungslampen für den Einsatzbereich der Effektlichtbeleuchtung,
d.h. mit Farbtemperaturen oberhalb von 5000 K und mit mittleren
Bogenlängen. Die Lebensdauer beträgt mindestens 1500 Std.
Aus der WO 98/48446 ist bereits eine Metallhalogenid-Entladungslampe mit langer
Lebensdauer (mindestens 1500 Std.) bekannt, die für eine Wandbelastung über 30
W/cm2 geeignet ist. Zur Anwendung bei Effektbeleuchtung (über 5000 K Farbtemperatur)
enthält die Füllung die Metalle Li, In, Tl und Sn. Dabei wird bewußt auf Na und
Seltenerdmetalle verzichtet, da diese für das Entladungsgefäß aus Quarzglas problematisch
sind. Nachteilig an dieser Füllung ist aber die begrenzte Wandbelastung.
Bei hoher Wandbelastung über 50 W/cm2 zeigt sich eine starke Drift der Farbtemperatur
aufgrund von Diffusion des kleinatomigen Li durch die Wand des Entladungsgefäßes.
Weiter ist aus der EP 492 205 eine Metallhalogenidlampe für die Effektbeleuchtung
bekannt, die als Metalle Hafnium u./o. Zirkon verwendet. Ansonsten werden nur
noch Cäsium, Seltenerdmetalle und Kobalt oder Nickel als Zusatz verwendet. Zwar
wird damit eine gute Farbwiedergabe (Farbwiedergabeindex Ra > 90) und eine gute
Rotwiedergabe (R9>90) erzielt. Die Lebensdauer liegt aber lediglich bei etwa 500
bis 750 Std.
Solche Lampen werden vorzugsweise eingesetzt für Leuchten zur Architektur- und
Effektbeleuchtung, also insbesondere zur gegenüber der Umgebungsbeleuchtung
herausstellenden und verstärkten Akzentbeleuchtung begrenzter Bereiche, z.B. in
Haus und Wohnung, in Galerien oder auch bei Veranstaltungen. In diesem Bereich
werden an die optischen Eigenschaften des Lichts, insbesondere an die Lokalisierung
der Lichterzeugung, an den auf die Lampenleistung bezogenen Lichtstrom und
an die Farbtemperatur Anforderungen gestellt, die zwischen dem Bereich der Allgemeinbeleuchtung
und speziellen Anforderungen, wie etwa bei der Projektion, einzuordnen
sind.
Trotz der gegenüber dem allgemeinen Beleuchtungsbereich erhöhten Ansprüche an
die genannten technischen Merkmale solcher Lampen wird auch im Effektlichtbereich
großer Wert auf eine möglichst lange Lebensdauer gelegt, um einerseits die
Kosten für die Ersatzlampen und den mit dem Austausch verbundenen Arbeitsaufwand
zu erniedrigen und andererseits Zuverlässigkeit und Wartungsfreiheit zu erhöhen.
Weiterhin ist dabei eine gute Farbwiedergabe und die richtige Farbtemperatur von
großem Wert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidlampe gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine gute Maintenance bei langer
Lebensdauer (mindestens 1500 Std.) sicherstellt.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Es zeigt sich, daß Li durch eine oder mehrere der Komponenten Hf, Zr und Ta ersetzt
werden kann. Dabei wird der Anteil dieser Lithium-Ersatzstoffe bevorzugt zwischen
0,2 und 4,0 µmol/ml gewählt.
Zunächst geht die Erfindung davon aus, daß die Entglasung, also zunehmende Kristallisierung
des Kolbens einer Metallhalogenid-Entladungslampe wesentlich deren
Lebensdauer bestimmt. Daher sieht die Erfindung eine Füllung ohne Seltenerdelement
vor, weil sich die Seltenerdelemente als wesentliche Ursache für das Entglasungsphänomen
bei zunehmendem Betriebsalter der Lampe herausgestellt haben.
Mit dem Verzicht auf ein Seltenerdelement hat sich als zusätzliche vorteilhafte Wirkung
- neben der Verlängerung der Lebensdauer durch geringere Entglasung - auch
eine verringerte Neigung der Lampe zur Schwärzung an der Kolbeninnenwand ergeben.
Die Erfindung verwendet eine Füllung, die neben den konventionellen Bestandteilen
Zündgas, Quecksilber, Halogen, Indium, Thallium und Zinn die Lithiumersatzstoffe
Hafnium, Zirkon und Tantal einzeln oder in Kombination enthält. Dabei sorgen die
Lithiumersatzstoffe für den Rotanteil, während Indium für den Blauanteil und Thallium
für den Grünanteil in der Strahlung der Lampe verantwortlich sind. Alle diese
Elemente strahlen im wesentlichen spektrale Linien ab, während Zinn eingesetzt
wird, um ein gutes Kontinuum zwischen den Linien zu realisieren. Überraschenderweise
entfaltet diese Füllungszusammensetzung ihre optimale Wirkung (lange Lebensdauer
und gute Maintenance bei guten lichttechnischen Werten) erst ab einer
Wandbelastung von 50 W/cm2.
Bevorzugt sind Lampen mit einer Farbtemperatur von über 5000 K, besser über
6000 K. Wie bereits erläutert, liegt die Bogenlänge der jeweiligen Lampenleistung
entsprechend im mittleren Bereich; insbesondere kann die auf die Bogenlänge bezogene
spezifische Leistung dabei je nach Ausführungsform zwischen 50 und 90
W/mm liegen.
Um die Farbtemperatur hoch auslegen zu können, wird bevorzugt in der Lampenfüllung
auf Natrium verzichtet. Bevorzugt ist insbesondere, daß außer den genannten
überhaupt keine weiteren Bestandteile in der Füllung vorhanden sind, von den
üblichen Verunreinigungen abgesehen.
Bevorzugte Halogene sind die konventionell bekannten Elemente Jod und Brom,
d.h. die genannten Metalle Indium, Thallium und Zinn sowie die Lithiumersatzstoffe
werden der Lampe als Jodide und/oder als Bromide zugesetzt. Ferner wird ein Teil
des Quecksilbers u.U. als Jodid oder Bromid zugesetzt, um eine übermäßige Kolbenschwärzung
zu vermeiden. Es kann also das Quecksilber elementar und/oder
als Halogenid zugesetzt werden.
Als bevorzugte Konzentrationsbereiche für die vier Elemente aus dem kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 haben sich folgende als vorteilhaft bewährt:
- Lithiumersatzstoffe:
- 0,20 - 4,0 µmol/ml, insbesondere 0,30 - 1,5 µmol/ml
- Indium:
- 0,3 - 3,0 µmol/ml
- Thallium:
- 0,05 - 0,5 µmol/ml
- Zinn:
- 0,5 - 5,0 µmol/ml.
Die genannten Konzentrationsbereiche sind nicht nur in der Gesamtkombination,
sondern auch jeweils einzeln und unabhängig voneinander sowie in Unterkombinationen
von Vorteil.
Einen sinnvollen Anwendungsbereich findet die Erfindung im Leistungsbereich von
200 bis 2500 W pro Lampe, kann aber auch außerhalb dieser Bereiche angewendet
werden. Sie eignet sich dabei, wie eingangs bereits erklärt, insbesondere für den
Effektlichtmarkt, in dem etwas geringere Anforderungen an den Farbort und die
Leuchtdichte als bei speziellen Anwendungen wie im Filmbereich oder Projektionsbereich
gestellt werden. Demgegenüber macht sich aber gerade im Effektlichtbereich
die deutlich verbesserte Lebensdauer als ökonomisch wesentlicher Vorteil
bemerkbar.
Kommerziell erhältliche Lampen sind häufig mit einem zusätzlichen Außenkolben
ausgestattet. Dabei können zwischen dem Außen- und dem Innenkolben statt eines
Vakuums auch spezielle Gasfüllungen zur Anwendung kommen. Die Erfindung ist in
gleicher Weise für Lampen mit oder ohne Außenkolben geeignet.
Der Außenkolben kann z.B. auch als Berührungsschutz vorteilhaft sein, etwa wenn
ein an sich mit zwei an entgegengesetzten zwei Seiten versehener Innenkolben in
einer nur einseitig anzuschließenden Lampe verwendet werden soll. Dann muß einer
der beiden Anschlüsse des Innenkolbens an der Außenwand des Innenkolbens
entlang auf die andere Seite geführt werden, wobei ein Außenkolben als Berührungsschutz
angebracht ist. Schließlich kann auch der verbesserte Explosionsschutz
ein Grund für die Wahl einer Lampe mit Außenkolben sein.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel ist wie folgt ausgelegt:
Eine 300 W Lampe mit einem zweiseitig verschlossenen Entladungsgefäß aus
Quarzglas, das zwei Elektroden enthält, hat eine mittleren Elektrodenabstand von
5,5 mm. Sie ist für den Betrieb ohne Außenkolben ausgelegt und hat dabei ein Kolbenvolumen
von 1,4 ml. Bei Verwendung eines Außenkolbens würde durch die Erhöhung
der Wandtemperatur die Farbtemperatur etwas erniedrigt. Zum Ausgleich
würde die Wandbelastung verringert (also die Lampenleistung verringert oder der
Innenkolben vergrößert) und/oder der Anteil der Jodide der Lithiumersatzstoffe verringert,
um den angestrebten Farbtemperaturwert zu erhalten. Dieser beträgt im
vorliegenden Beispiel 5500 K. Die Lebensdauer liegt über 2000 Stunden.
Bei einem Zündgasdruck von 350 hPa Argon werden 41 mg Hg verwendet. Die übrigen
Anteile sind 0,63 mg InJ, 0,67 mg SnBr2, 0,12 mg TIJ. Zusätzlich wurden für
die Erzielung einer Wandbelastung über 50 W/cm2 (spezifische Leistung 55 W/mm)
bei drei Ausführungsbeispielen die in Tab. 1 genannten Komponenten ergänzt.
| 1. Ausführungsbeispiel | 2. Ausführungsbeispiel | 3. Ausführungsbeispiel | |
| Farbtemperatur in K | 6400 | 6800 | 7200 |
| Lichtstrom in klm | 22 | 22 | 20.5 |
| Brennspannung in V | 90 | 90 | 90 |
| Lithiumhalogenid-Ersatz | 0,72 mg HfBr4 | 0,32 mg ZrBr4 | 0,30 mg TaJ5 |
| Weiterer Halogenzusatz | 0,72 mg HgBr2 | 0,72 mg HgBr2 | keiner |
Die räumlich-körperliche Ausgestaltung ist konventionell und entspricht beispielsweise
der in der EP-A 492 205 erläuterten Form. Die entsprechende Offenbarung ist
hiermit in Bezug genommen.
Claims (7)
- Metallhalogenid-Entladungslampe mit langer Lebensdauer über 1500 Std. und mit einer Farbtemperatur über 5000 K und mit einer Füllung aus zumindest folgenden Bestandteilen:dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung ferner als Lithiumersatzstoff Hafnium, Zirkon und Tantal einzeln oder in Kombination enthält, wobei die Wandbelastung des Entladungsgefäßes mindestens 50 W/cm2 beträgt.einem Zündgas, Quecksilber, einem Halogen, sowieIndium,Thallium,Zinn ,wobei diese Füllung in einem Entladungsgefäß enthalten ist und kein Seltenerdelement enthält,
- Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Bogenlänge bezogene spezifische Leistung von 50 bis 90 W/mm beträgt.
- Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung kein Natrium enthält.
- Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung genau die genannten Bestandteile enthält.
- Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quecksilber elementar und/oder als Halogenid eingebracht ist.
- Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbtemperatur über 6000 K beträgt.
- Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Metalle wie folgt ist:
- - Lithiumersatzstofte:
- 0,20- 4,0 µmol/ml
- - Indium:
- 0,3 - 3,0 µmol/ml
- - Thallium:
- 0,05 - 0,5 µmol/ml
- - Zinn:
- 0,5 - 5,0 µmol/ml.
Applications Claiming Priority (2)
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