EP1069594A2 - Gleichstrombogenlampe - Google Patents

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EP1069594A2
EP1069594A2 EP00117488A EP00117488A EP1069594A2 EP 1069594 A2 EP1069594 A2 EP 1069594A2 EP 00117488 A EP00117488 A EP 00117488A EP 00117488 A EP00117488 A EP 00117488A EP 1069594 A2 EP1069594 A2 EP 1069594A2
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EP
European Patent Office
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lamp
lamp according
anode
piston
curvature
Prior art date
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EP00117488A
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English (en)
French (fr)
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EP1069594A3 (de
EP1069594B1 (de
Inventor
Andreas Dr. Genz
Frank Werner
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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Publication of EP1069594A2 publication Critical patent/EP1069594A2/de
Publication of EP1069594A3 publication Critical patent/EP1069594A3/de
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Publication of EP1069594B1 publication Critical patent/EP1069594B1/de
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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
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/32—Special longitudinal shape, e.g. for advertising purposes
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/84—Lamps with discharge constricted by high pressure
    • H01J61/86—Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection

Definitions

  • the present invention relates to a DC arc lamp according to the Preamble of claim 1.
  • the color separation effect is caused by the anode between the lamps and cathode of the direct current arc lamp causes direct electrical field.
  • the DC electrical field influences the concentration distribution of the light-generating Metal ions between anode and cathode. This will make the spatial Distribution of the metal ions between the anode and cathode is usually inhomogeneous.
  • different concentration distributions arise for different types of metal ions on. Because different types of metal ions have different spectral Contributing to the total luminous flux of the lamp ultimately results in the unwanted Color separation effect.
  • the invention relates to a DC arc lamp with a halogen filling.
  • metal halides during lamp operation inside the discharge vessel.
  • Metal halides have a higher one Vapor pressure as the corresponding elemental metals.
  • the high specific arc powers typically approx. 80 W per mm arc length and more also high vapor pressures of the light-generating metal halides.
  • the high luminous flux of the lamp is ensured.
  • Another essential quality criterion - not only in the area of projection - are sufficient proportions of the primary colors blue, green and red for good color rendering and the desired color temperature.
  • No. 2,965,790 also shows an arc lamp with an asymmetrically shaped one Piston in which the inner wall of the piston around the anode is wider than around the cathode.
  • the invention is based on the technical problem of a DC arc lamp with improved operating properties, especially with regard to projection applications, and to provide an improved projection device.
  • a DC arc lamp a filling of at least the following components: an ignition gas, mercury and a halogen, characterized by the additional component: zinc and in that the total concentration for zinc, including optionally present
  • the total cadmium is in the following range: 0.05 to 3.0 ⁇ mol per ml of the lamp vessel or a projection device with such a projection lamp.
  • the proportion of red in the light generated can be due to lithium in the filling of the invention DC arc lamp are amplified.
  • lithium predominantly shows a very long-wave emission, i.e. to a very deep red part leads.
  • V ( ⁇ ) - or brightness sensitivity curve is shown.
  • the spectral sensitivity of the human eye decreases significantly at the long-wave edge. Therefore, as far as the red component is based on the lithium emission, a corresponding one increased spectral power can be generated to the desired - and ultimately of interest - to generate luminous flux.
  • a metal halide direct current arc lamp is necessary in addition to an ignition gas, e.g. Argon, and a halogen, e.g. Bromine or iodine, too It must contain mercury to build up the necessary burning voltage green color of mercury. That through the mercury content The specified green component must be red when setting the color temperature be compensated, which exacerbates the problem outlined above.
  • an ignition gas e.g. Argon
  • a halogen e.g. Bromine or iodine
  • Zinc is in the context of this invention as an alternative to the 2B element Zinc is not suitable because it is also to a certain extent the color separation is reduced, but it increases the amount of green in the light excessively.
  • Zinc offers versus cadmium, which can also be included optionally, and Mercury also has the benefit of better environmental performance.
  • Cadmium on the other hand can be beneficial for certain applications because of the red rendering is even better. According to the invention, the zinc and cadmium quantities are therefore measured in individual cases the possibility to choose between optimal lamp data and environmental considerations.
  • the following preferred concentrations come in particular for Cd and Zn considered: 0.05 to 3.0 pmol per ml of vessel volume.
  • concentration information refer to the sum of the individual concentrations of Cd or Zn, where the concentration of one of the two individual components can also be zero.
  • the component additionally shows yttrium just together with the basic composition according to the invention explained special advantages.
  • the first is an improvement in the luminous flux.
  • Yttrium is therefore used to achieve the above basic effects of the invention are not necessary, but has proven to be in in terms of luminous flux, service life and maintenance surprisingly more effective optional addition highlighted.
  • a “blue element” preferred according to the invention is indium.
  • rare earth metals especially dysprosium, as well as thallium.
  • halogen for the setting of desired vapor pressures through the formation of metal halide compounds iodine and / or bromine are preferred.
  • the anode In the case of direct current arc lamps, the anode is in principle a much stronger one exposed to thermal stress than the cathode and becomes accordingly hotter. So that it can withstand this thermal load, the anode is at DC arc lamps are generally much more solid than the cathode. In particular, it generally has a larger diameter.
  • the temperature homogeneity of the lamp is improved by that the inside wall of the piston is wider around the anode than around the cathode. This can, depending on the selected shape of the electrodes and depending on the manufacturing technology Aspects, with different concrete geometric shapes can be achieved, with geometrically simple and therefore easy to manufacture piston shapes are preferred.
  • the arc length is in Connection with the lamp power.
  • a reference to the piston size makes little sense, because the piston size due to the thermal load capacity of the piston material is determined and consequently in future material improvements (Ceramic instead of quartz glass) can decrease significantly.
  • Quantitatively preferred ranges for the asymmetry of the piston shapes can be describe by the ratio of anode-side to cathode-side longitudinal section half-area. As illustrated in the exemplary embodiment, these are surfaces meant that in longitudinal section on both sides of one dividing the inner length of the piston in the middle and lie on the plane perpendicular to the lamp longitudinal axis, the lamp longitudinal axis each contain half of the inside length of the piston and the rest of the inside wall of the piston are limited. This ratio is preferably over 1.1 and further preferably less than 1.5.
  • Shapes are often used in lamp bulb molding machines for simplified mold production for the sake of internal surfaces corresponding to the shape of the piston have it described in longitudinal section by radii of curvature.
  • the anode-side and the cathode-side end of the piston by one Longitudinal section radius of curvature (as illustrated in the exemplary embodiment in the figure) describe, it being preferred according to the invention that the anode-side Longitudinal section radius of curvature is smaller than the cathode side, preferably 50% to 80% of the latter. This means that the piston is stronger on the anode side curved or less flat. So another piston shape becomes on the anode side reached.
  • the intention pursued according to the invention to reduce temperature gradients in the lamp can alternatively also by a suitable reflecting and / or absorbing Heat accumulation can be reached at the end of the piston on the cathode side.
  • a suitable reflecting and / or absorbing Heat accumulation can be reached at the end of the piston on the cathode side.
  • the figure shows in longitudinal section a DC short-arc lamp with a longitudinal axis 2, along which an anode 4 and a cathode 5 lie.
  • a longitudinal direction in the Middle of the piston interior enclosed by a piston inner wall 3 that is bisecting an inner bulb length 7 is also one on the lamp longitudinal axis 2 perpendicular center plane 1 is drawn.
  • the anode-side longitudinal section half surface differs specifically and the cathode-side longitudinal section half surface, each of which in the Figure left or right of the central plane lying longitudinal section area within the piston inner wall 3 corresponds.
  • the figure shows that the anode-side curvature of the piston in longitudinal section Descriptive radius of curvature 8 significantly smaller than the corresponding one Radius of curvature 9 on the cathode side.
  • the radius of curvature is preferably 8 50% - 80% of the radius of curvature 9. It can also be seen that the corresponding Longitudinal intersection centers above and below the lamp longitudinal axis 2 do not coincide and are different on the anode side and cathode side lie. However, the lamp is rotationally symmetrical about the lamp longitudinal axis 2.
  • the corresponding asymmetrical piston design has the consequence that the piston around the anode 4, which is much thicker than the cathode 5, is sufficient Keeps a distance and thus a uniform temperature distribution overall results in the longitudinal direction.
  • the figure shows that the distance between the anode 4 and the cathode 5, that is to say the arc length 6, is selected to be very short, in the present case 1.5 mm in comparison to radii of curvature of 4 mm (8) and 6 mm (9) and a lamp power of 270 W (specific power 180 W / mm).
  • the inside length of the piston 7 is almost 10 times the length of the arc 6.
  • An operating voltage of 35 V with a luminous flux of 18 klm results from a filling volume of 0.7 ml with a wall load of 65 W / cm 2 .
  • a color temperature of 6,800 K was set with the following filling: 200 mbar argon, 20 mg mercury, 0.11 mg cadmium iodide (Cdl 2 ) - corresponding to approx.0.43 ⁇ mol Cd per ml flask volume -, 0.42 mg mercury bromide (HgBr 2 ), 0.12 mg mercury iodide (Hgl 2 ), 0.05 mg indium iodide (Inl 2 ), 0.05 mg lithium iodide (LiI 2 ), 0.11 mg dysprosium and 0.05 mg yttrium.
  • Cadmium can be replaced by zinc in a molar equivalent.
  • Thallium iodide can be added up to a value of 0.2 mg / ml.

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)

Abstract

Eine neue Metallhalogenid-Gleichstrom-Bogenlampe enthält ein neues Füllungssystem insbesondere mit Cadmium und/oder Zink und weist eine verbesserte Kolbengeometrie auf. Ferner wird Schutz für eine entsprechende Projektionsvorrichtung beansprucht. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrombogenlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In jüngster Zeit besteht ein zunehmendes Interesse an der Verbesserung solcher Bogenlampen, insbesondere für Projektionsanwendungen. Bei Projektionsanwendungen sind vor allem die örtlich möglichst konzentrierte Lichterzeugung einerseits und andererseits die Homogenität der Lichterzeugung in diesem örtlichen Bereich von Interesse. Dabei spielt der sogenannte Farbtrennungseffekt eine wesentliche Rolle. Mit diesem Begriff wird eine örtliche Trennung des Schwerpunkts der Lichterzeugung für verschiedene Spektralbereiche bzw. Farben des erzeugten Lichts bezeichnet, was zu einer Verschlechterung der Lichtqualität für Projektionsanwendungen führt, die sich in Farbsäumen an Grenz- oder Randbereichen projizierter Bilder äußert.
Der Farbtrennungseffekt wird während des Lampenbetriebs durch das zwischen Anode und Kathode der Gleichstrombogenlampe wirkende elektrische Gleichfeld verursacht. Das elektrische Gleichfeld beeinflußt die Konzentrationsverteilung der lichterzeugenden Metallionen zwischen Anode und Kathode. Dadurch wird die räumliche Verteilung der Metallionen zwischen Anode und Kathode in der Regel inhomogen. Zudem stellen sich für verschiedenartige Metallionen unterschiedliche Konzentrationsverteilungen ein. Da verschiedenartige Metallionen unterschiedliche spektrale Beiträge zum Gesamtlichtstrom der Lampe leisten, resultiert schließlich der unerwünschte Farbtrenneffekt.
Des weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Gleichstrombogenlampe mit einer halogenhaltigen Füllung. Dadurch befinden sich während des Lampenbetriebs Metallhalogenide innerhalb des Entladungsgefäßes. Metallhalogenide haben einen höheren Dampfdruck als die entsprechenden elementaren Metalle. Außerdem erzeugen die hohen spezifischen Bogenleistungen von typisch ca. 80 W pro mm Bogenlänge und mehr ebenfalls hohe Dampfdrücke der lichterzeugenden Metallhalogenide. Dadurch ist einerseits ein hoher Lichtstrom der Lampe sichergestellt. Andererseits verstärken die hohen Dampfdrücke im allgemeinen auch den Farbtrenneffekt.
Ein wesentliches weiteres Qualitätskriterium - nicht nur im Bereich der Projektion - sind ausreichende Anteile der Grundfarben blau, grün und rot für eine gute Farbwiedergabe und die angestrebte Farbtemperatur.
Zum Stand der Technik wird verwiesen auf die EP 0 714 118 A1, die eine Gleichstromkurzbogenmetallhalogenidlampe zeigt, die dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundeliegt.
Außerdem zeigt die US 2,965,790 eine Bogenlampe mit einem asymmetrisch geformten Kolben, bei dem die Kolbeninnenwand um die Anode herum weiter ist als um die Kathode.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Gleichstrombogenlampe mit verbesserten Betriebseigenschaften, insbesondere im Hinblick auf Projektionsanwendungen, und eine verbesserte Projektionsvorrichtung anzugeben.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst durch eine Gleichstrombogenlampe mit einer Füllung aus zumindest folgenden Bestandteilen: einem Zündgas, Quecksilber und einem Halogen, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Bestandteil: Zink und dadurch, daß die Gesamtkonzentration für Zink einschließlich optional vorhandenem Cadmium insgesamt in folgendem Bereich liegt: 0,05 bis 3,0 µmol pro ml des Lampengefäßes bzw. eine Projektionsvorrichtung mit einer solchen Projektionslampe.
Es hat sich als kritisch herausgestellt, für einen ausreichenden Rotanteil im Licht zu sorgen, einerseits zugunsten einer guten roten Farbwiedergabe und ferner, um eine gewünschte Farbtemperatur, etwa zwischen 5.000 und 8.000 Kelvin, vorzugsweise 6.000 und 7.000 Kelvin, einstellen zu können.
Der Rotanteil im erzeugten Licht kann durch Lithium in der Füllung der erfindungsgemäßen Gleichstrombogenlampe verstärkt werden. Man findet jedoch, daß Lithium vorwiegend eine sehr langwellige Emission zeigt, also zu einem sehr tiefroten Anteil führt. Bei allen Anwendungen, die zu einem irgendwie gearteten visuellen Effekt führen, etwa bei der Projektion oder der Beleuchtung, sind jedoch nicht nur die rein physikalischen spektralen Leistungsanteile zu berücksichtigen, sondern darüber hinaus die physiologische Empfindlichkeit des menschlichen Auges, die mit der sogenannten V(λ)- oder Hellempfindlichkeitskurve dargestellt wird. Die spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges nimmt dabei am langwelligen Rand deutlich ab. Daher muß, soweit sich der Rotanteil auf die Lithiumemission stützt, eine entsprechend erhöhte spektrale Leistung erzeugt werden, um den erwünschten - und letztlich interessierenden - Lichtstrom zu erzeugen.
Ferner hat sich herausgestellt, daß die Zugabe von Lithium zu der Lampenfüllung den oben erwähnten Farbtrennungseffekt verstärkt.
Da die Füllung einer Metallhalogenid-Gleichstrom-Bogenlampe notwendigerweise neben einem Zündgas, z.B. Argon, und einem Halogen, z.B. Brom oder Jod, auch Quecksilber enthalten muß, um die notwendige Brennspannung aufzubauen, ist der grüne Farbanteil des Quecksilbers zu berücksichtigen. Die durch den Quecksilberanteil vorgegebene Grünkomponente muß bei der Farbtemperatureinstellung mit Rot kompensiert werden, was die oben skizzierte Problematik verschärft.
Wenn erfindungsgemäß Zink in der Lampenfüllung verwendet wird, wird dadurch nicht nur der Rotanteil verstärkt, sondern darüber hinaus gleichzeitig der Farbtrennungseffekt verringert. Die Zugabe von Zink erlaubt also im Vergleich zur (alleinigen) Lithiumzugabe für den Rotanteil eine wesentliche Verbesserung des Farbtrennungsproblems und, bei gleicher Leistung, einen verbesserten Lichtstrom.
Quecksilber ist im Zusammenhang dieser Erfindung als Alternative zu dem 2B-Element Zink deswegen nicht geeignet, weil es zwar in gewissem Umfang ebenfalls die Farbtrennung verringert, dabei jedoch übermäßig den Grünanteil des Lichts verstärkt.
Zink bietet gegenüber Cadmium, das ebenfalls optional enthalten sein kann, und Quecksilber ferner den Vorteil der besseren Umweltverträglichkeit. Cadmium andererseits kann für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein, weil die Rotwiedergabe noch besser ist. Erfindungsgemäß bleibt also bei der Bemessung der Zink- und Cadmiummengen im Einzelfall die Entscheidungsmöglichkeit zwischen optimalen Lampendaten und Umweltgesichtspunkten.
Erfindungsgemäß kommen für Cd bzw. Zn insbesondere folgende bevorzugte Konzentrationen in Betracht: 0,05 bis 3,0 pmol pro ml Gefäßvolumen.
Für verschiedene elektrische Lampenleistungen in Projektoren haben sich insbesondere folgende Konzentrationsbereiche für Cd bzw. Zn bewährt:
Leistungsaufnahme der Lampe Konzentration in µmol/ml Einsatzfeld
bis 170 W 0,3 bis 3,0 Heim- bzw. Konsummarkt
170 bis 300 W 0,2 bis 2,0 Geschäftsbereich
300 bis 3000 W 0,05 bis 1,0 Professionelle Großbild-projektion
Alle angegebenen Werte sind als Circa-Werte zu verstehen. Die Konzentrationsangaben beziehen sich auf die Summe der Einzelkonzentrationen von Cd bzw. Zn, wobei auch die Konzentration eines der beiden Einzelkomponenten Null sein kann.
Als weitere Ausgestaltung der Erfindung zeigt zusätzlich der Bestandteil Yttrium gerade zusammen mit der erläuterten erfindungsgemäßen Grundzusammensetzung besondere Vorteile. Diese liegen zum ersten in einer Verbesserung des Lichtstroms. Darüber hinaus ergibt sich zweitens eine längere Lebensdauer der Lampen und drittens eine geringere Abnahme des Lampenlichtstroms mit dem Betriebsalter der Lampe (sogenannte Maintenance). Yttrium ist also zur Erzielung der vorstehend erläuterten grundlegenden Wirkungen der Erfindung nicht notwendig, hat sich jedoch als in bezug auf Lichtstrom, Lebensdauer und Maintenance überraschend wirkungsvoller optionaler Zusatz herausgestellt.
Als weitere optionale Zusätze sind verschiedene chemische Elemente denkbar, insbesondere zur Einstellung der Farbtemperatur und Verstärkung der Grundfarben. Vor allem darf die obige Erläuterung der Nachteile von Lithium nicht dahingehend verstanden werden, daß Lithium erfindungsgemäß ausgeschlossen wäre. Lithium kann in gewissen Mengen durchaus als "Rotelement" vorhanden sein, durch die erfindungsgemäße Verwendung von Cadmium bzw. Zink sind die erforderlichen Mengen jedoch geringer.
Die bevorzugt betrachtete Anwendung verlangt in den meisten Fällen einen hohen Blauanteil im Spektrum. Ein erfindungsgemäß bevorzugtes "Blauelement" ist Indium.
Weitere optionale Zusätze vor allem zur Verstärkung des Lichtstroms sind die Seltenerdmetalle, vor allem Dysprosium, sowie Thallium.
Als Halogen für die Einstellung gewünschter Dampfdrücke durch Bildung von Metallhalogenid-Verbindungen kommen bevorzugt Jod und/oder Brom in Betracht.
Über das Füllungssystem hinausgehende Aspekte der Erfindung betreffen die geometrische Gestaltung der Lampe.
In vielen Anwendungsbereichen, insbesondere bei Projektionsvorrichtungen, spielt eine möglichst gute Lokalisierung der Lichterzeugung eine wichtige Rolle, weswegen die Erfindung von Kurzbogenlampen ausgeht. Nur mit einer möglichst geringen Bogenlänge läßt sich eine punktförmige Lichtquelle hinreichend gut annähern und damit eine gute optische Qualität bei der Projektion oder anderen Anwendungen, bei denen das von der Lampe emittierte Licht durch ein optisches System geschickt wird, erreichen.
Zusätzlich dazu hat es sich hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Lichterzeugung in ihrer örtlichen Ausdehnung, und zwar auch bei guter Lokalisierung wie bei Kurzbogenlampen, erfindungsgemäß weiterhin als entscheidend herausgestellt, für eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in der Lampe, insbesondere an der Kolbeninnenwand, zu sorgen. Dies betrifft vor allem Temperaturgradienten entlang der Strecke zwischen Kathode und Anode in der Lampe. Diese Temperaturgradienten können deutlich verringert werden, wenn die geometrische Form des die Füllung enthaltenden Lampenkolbens geeignet gewählt wird. Dazu ist sie erfindungsgemäß asymmetrisch, um auf die Asymmetrie der Temperaturverteilung der Elektroden einer Gleichstrombogenlampe angepaßt zu sein.
Bei Gleichstrombogenlampen ist nämlich die Anode prinzipiell einer sehr viel stärkeren thermischen Belastung ausgesetzt als die Kathode und wird dementsprechend heißer. Damit sie dieser thermischen Belastung standhalten kann, ist die Anode bei Gleichstrombogenlampen generell sehr viel massiver ausgeführt als die Kathode. Insbesondere hat sie im allgemeinen einen größeren Durchmesser.
Es hat sich als nachteilig erwiesen, daß die höhere Anodentemperatur einerseits und der größere Anodendurchmesser wegen der geringeren Entfernung zur Kolbeninnenwand und der größeren wärmeleitenden und wärmeabstrahlenden Oberfläche andererseits bei symmetrischer Ausführung des Lampenkolbens zu wesentlich höheren Temperaturen der Lampe an der Anodenseite, insbesondere auch an der Kolbeninnenwand führen. Daraus ergibt sich eine Beeinflussung der physikalischen Parameter der Entladung und Lichterzeugung. Ziel ist, eine möglichst geringe Temperaturdifferenz zwischen der heißesten und kältesten Stelle im Kolben zu erreichen. Bei gleichmäßiger Temperaturverteilung ist einerseits die Lichtemission homogen, andererseits kann die Temperatur auf einen optimalen Wert eingestellt werden, der sowohl den Anforderungen an die Lichtausbeute als auch denen an die Lebensdauer und Maintenance genügt.
Erfindungsgemäß wird die Temperaturhomogenität der Lampe dadurch verbessert, daß die Kolbeninnenwand um die Anode herum weiter ist als um die Kathode herum. Dies kann, je nach gewählter Form der Elektroden und abhängig von herstellungstechnischen Gesichtspunkten, mit verschiedenen konkreten geometrischen Formen erreicht werden, wobei geometrisch einfache und damit leicht herstellbare Kolbenformen bevorzugt sind.
Vor allem im Hinblick auf die genannten Projektionsanwendungen sind, wie bereits erwähnt, möglichst kurze Bogenlängen anzustreben. Dabei steht die Bogenlänge im Zusammenhang mit der Lampenleistung. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Kurzbogenlampen mit auf die Bogenlänge bezogenen spezifischen Leistungen von mehr als 80, 100, 120 oder am besten 150 W/mm. Eine Bezugnahme auf die Kolbengröße ist wenig sinnvoll, weil die Kolbengröße durch die thermische Belastbarkeit des Kolbenmaterials bestimmt ist und folglich bei zukünftigen Materialverbesserungen (Keramik anstatt Quarzglas) deutlich abnehmen kann.
Quantitativ bevorzugte Bereiche für die Asymmetrie der Kolbenformen lassen sich beschreiben durch das Verhältnis von anodenseitiger zur kathodenseitiger Längsschnitt-Halbfläche. Damit sind, wie im Ausführungsbeispiel veranschaulicht, Flächen gemeint, die im Längsschnitt beiderseits einer die Kolbeninnenlänge mittig teilenden und auf der Lampenlängsachse senkrechten Ebene liegen, die Lampenlängsachse jeweils zu einer Hälfte der Kolbeninnenlänge enthalten und im übrigen von der Kolbeninnenwand begrenzt sind. Dieses Verhältnis liegt bevorzugt über 1,1 und weiter bevorzugt unter 1,5.
Häufig werden Formen in Lampenkolbenformmaschinen der vereinfachten Formherstellung halber mit der Kolbenform entsprechenden Innenflächen versehen, die sich im Längsschnitt durch Krümmungsradien beschreiben lassen. Insbesondere lassen sich häufig das anodenseitige und das kathodenseitige Ende des Kolbens durch einen Längsschnitt-Krümmungsradius (wie im Ausführungsbeispiel in der Figur veranschaulicht) beschreiben, wobei erfindungsgemäß bevorzugt ist, daß der anodenseitige Längsschnitt-Krümmungsradius kleiner als der kathodenseitige ist, vorzugsweise 50% bis 80% des letzteren beträgt. Das heißt, daß sich der Kolben anodenseitig stärker krümmt bzw. weniger flach verläuft. So wird anodenseitig eine weitere Kolbenform erreicht. Zu beachten ist, daß dabei die Längsschnitt-Krümmungszentren der Krümmung oberhalb und unterhalb der Lampenlängsachse nicht zusammenfallen müssen und anoden- und kathodenseitig verschieden liegen können, weil sich sonst durch den kleineren Krümmungsradius eine engere Kolbenform ergäbe.
Die erfindungsgemäß verfolgte Absicht, Temperaturgradienten in der Lampe abzubauen, kann alternativ auch durch einen geeigneten reflektierenden und/oder absorbierenden Wärmestaubelag am kathodenseitigen Kolbenende erreicht werden. Diese Maßnahme kommt im Prinzip auch zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Kolbenasymmetrie in Frage.
Bei der Asymmetrie kann man aber auf einen solchen Wärmestaubelag ganz verzichten. Der Vorteil ist, daß damit die Herstellung der Lampe um mindestens einen Arbeitsschritt vereinfacht wird. Die Kolbenasymmetrie läßt sich nämlich durch geeignete Formgebung der entsprechenden Formwerkzeuge in einer Lampenkolbenformmaschine erreichen, ohne daß dadurch der konventionelle Funktionsablauf anderweitig verändert würde. Ein weiterer Vorteil ist, daß Abschattungen vermieden werden.
Beschreibung der Zeichnungen
In der Figur ist ein konkretes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Lampe gezeigt. Die bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels offenbarten Merkmale können auch einzeln oder in anderer Kombination erfindungswesentlich sein.
Die Figur zeigt im Längsschnitt eine Gleichstrom-Kurzbogenlampe mit einer Längsachse 2, entlang der eine Anode 4 und eine Kathode 5 liegen. In Längsrichtung in der Mitte des durch eine Kolbeninnenwand 3 eingeschlossenen Kolbeninnenraums, also eine Kolbeninnenlänge 7 halbierend, ist ferner eine auf der Lampenlängsachse 2 senkrecht stehende Mittelebene 1 eingezeichnet.
Die Figur zeigt deutlich, daß der Kolben bezüglich dieser Mittelebene 1 asymmetrisch geformt ist. Konkret unterscheiden sich die anodenseitige Längsschnitt-Halbfläche und die kathodenseitige Längsschnitt-Halbfläche, denen jeweils der in der Figur links bzw. rechts von der Mittelebene liegende Längsschnittflächenbereich innerhalb der Kolbeninnenwand 3 entspricht.
Ferner zeigt die Figur, daß der die anodenseitige Krümmung des Kolbens im Längsschnitt beschreibende Krümmungsradius 8 deutlich kleiner als der entsprechende kathodenseitige Krümmungsradius 9 ist. Vorzugsweise beträgt der Krümmungsradius 8 50% - 80% des Krümmungsradius 9. Man erkennt ferner, daß die entsprechenden Längsschnittkrümmungsmittelpunkte oberhalb und unterhalb der Lampenlängsachse 2 nicht zusammenfallen und anodenseitig und kathodenseitig unterschiedlich liegen. Allerdings ist die Lampe rotationssymmetrisch um die Lampenlängsachse 2.
Die entsprechende asymmetrische Kolbengestaltung hat zur Folge, daß der Kolben um die im Vergleich zur Kathode 5 sehr viel dickere Anode 4 herum einen ausreichenden Abstand hält und sich somit insgesamt eine gleichmäßige Temperaturverteilung in Längsrichtung ergibt.
Schließlich zeigt die Figur, daß der Abstand zwischen der Anode 4 und der Kathode 5, also die Bogenlänge 6, sehr kurz gewählt ist, im vorliegenden Fall 1,5 mm im Vergleich zu Krümmungsradien von 4 mm (8) und 6 mm (9) und einer Lampenleistung von 270 W (spezifische Leistung 180 W/mm). Die Kolbeninnenlänge 7 beträgt vorliegend knapp das 10-fache der Bogenlänge 6. Es ergibt sich eine Brennspannung von 35 V bei einem Lichtstrom von 18 klm aus einem Füllungsvolumen von 0,7 ml bei einer Wandbelastung von 65 W/cm2.
Mit folgender Füllung wurde eine Farbtemperatur von 6.800 K eingestellt: 200 mbar Argon, 20 mg Quecksilber, 0,11 mg Cadmiumjodid (Cdl2) - entsprechend ca. 0,43 µmol Cd pro ml Kolbenvolumen -, 0,42 mg Quecksilberbromid (HgBr2), 0,12 mg Quecksilberjodid (Hgl2), 0,05 mg Indiumjodid (Inl2), 0,05 mg Lithiumjodid (LiI2), 0,11 mg Dysprosium sowie 0,05 mg Yttrium. Cadmium kann dabei moläquivalent durch Zink ersetzt sein. Thalliumjodid kann zugegeben werden bis zu einem Wert von 0,2 mg/ml.

Claims (19)

  1. Gleichstrombogenlampe mit einer Füllung aus zumindest folgenden Bestandteilen:
    einem Zündgas,
    Quecksilber und
    einem Halogen,
    gekennzeichnet durch den zusätzlichen Bestandteil:
    Zink
    und dadurch, daß die Gesamtkonzentration für Zink einschließlich optional vorhandenem Cadmium insgesamt in folgendem Bereich liegt: 0,05 bis 3,0 µmol pro ml Volumen des Lampengefäßes.
  2. Lampe nach Anspruch 1 mit dem Füllungsbestandteil Yttrium.
  3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2 mit dem Füllungsbestandteil Lithium.
  4. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Füllungsbestandteil Indium.
  5. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Seltenerdmetall, insbesondere Dysprosium, als Füllungsbestandteil.
  6. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Füllungsbestandteil Thallium.
  7. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Halogen in Form von Jod und/oder Brom vorliegt.
  8. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Abhängigkeit von der elektrischen Leistungsaufnahme folgende Konzentrationsbereiche für Cadminium und/oder Zink insgesamt gelten: Leistungsaufnahme der Lampe Konzentration in µmol/ml bis 170 W 0,3 bis 3,0 170 bis 300 W 0,2 bis 2,0 300 bis 3000 W 0,05 bis 1,0
  9. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem kathodenseitigen Wärmestaubelag.
  10. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem bezüglich Ebenen (1) senkrecht zu einer Lampenlängsachse (2) dergestalt asymmetrisch geformten Kolben, daß die Kolbeninnenwand (3) um die Anode (4) herum weiter ist als um die Kathode (5).
  11. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche als Kurzbogenlampe.
  12. Lampe nach Anspruch 11, bei der eine auf die Bogenlänge (6) bezogene spezifische Leistung größer als 80 W/mm ist.
  13. Lampe nach einem der Ansprüche 10 - 12, bei der das Verhältnis zwischen einer anodenseitigen Längsschnitt-Halbfläche und einer kathodenseitigen Längsschnitt-Halbfläche größer als 1,1 ist, wobei die Längsschnitt-Halbflächen im Längsschnitt durch die Lampe beiderseits einer die Innenlänge eines Kolbens der Lampe mittig teilenden und auf der Lampenlängsachse (2) senkrechten Ebene liegen und die Lampenlängsachse (2) jeweils zu einer Hälfte der Kolbeninnenlänge enthalten sowie im übrigen von der Kolbeninnenwand (3) begrenzt sind.
  14. Lampe nach Anspruch 13, bei der das Verhältnis kleiner als 1,5 ist.
  15. Lampe nach einem der Ansprüche 10 -14, bei der ein anodenseitiger Längsschnitt-Krümmungsradius (8) kleiner als ein kathodenseitiger Längsschnitt-Krümmungsradius (9) ist.
  16. Lampe nach Anspruch 15, bei der der anodenseitige Längsschnitt-Krümmungsradius (8) 50% bis 80% des kathodenseitigen Längsschnitt-Krümmungsradius (9) beträgt.
  17. Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche als Tageslichtlampe.
  18. Verwendung einer Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche mit horizontal verlaufender Lampenlängsachse (2).
  19. Projektionsvorrichtung mit einer Lampe nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 - 17 als Projektionslampe.
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