HU221394B1

HU221394B1 - Lighting system and mercury-free metal halogenide lamp used in said system

Info

Publication number: HU221394B1
Application number: HU9801641A
Authority: HU
Inventors: Fromm Dietrich Dr; Dieter Lang; Stockwald Klaus Dr
Original assignee: Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh
Priority date: 1997-07-21
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 2002-09-28
Also published as: EP0903770B1; JP4335332B2; HUP9801641A2; CA2243737A1; HU9801641D0; HUP9801641A3; CA2243737C; EP0903770A2; JPH1186795A; US6069456A; EP0903770A3; DE19731168A1; DE59811826D1; ATE274236T1

Abstract

A találmány tárgya világítórendszer és az ebben alkalmazottfémhalogenid lámpa. A világítórendszer legalább 75 lm/Wfényhasznosítású és legalább 75 színvisszaadási mutatóval rendelkező,higanymentes fémhalogenid lámpából és elektronikus előtétkészülékbőláll, amely a lámpára négyszögáramot ad és a teljesítményt állandóértéken tartja. A töltet a következő összetevőket tartalmazza: – egypuffergázt, amely indítógázként a lámpa gyújtását is előidézi, – egyfeszültséggradiens-képzőt, amely legalább egy könnyen elpárolgófémhalogenidből áll és nagyobbrészt (több mint 50%-ban) biztosítjaolyan feszültséggradiens létrehozását, ami nagyjából megegyezik ahigany feszültséggra- diensével, – egy fénykeltőt, amely legalább egyfémhalogenidből és/vagy egy fémből áll. ŕ

Description

A találmány tárgya világítórendszer és az ebben alkalmazott fémhalogenid lámpa. A világítórendszer lámpából és előtétkészülékből áll. A lámpa higanymentes fémhalogenid lámpa, amelynek a fényhasznosítása legalább 75 Im/W és a színvisszaadási mutatója legalább 75. Az előtétkészülék váltakozó feszültséget közvetít. A lámpának kerámia kisülőedénye van, amelybe az elektródok vákuumzáróan vannak bevezetve.

Eddig puffergázként többnyire higanyt (Hg) alkalmaztak, hogy a fémhalogenid lámpákban meghatározott tulajdonságokat hozzanak létre:

a. A higany az elektronok számára nagy rugalmas ütközési keresztmetszete révén a plazmaív égési feszültségének, illetőleg feszültséggradiensének (azaz az égési feszültség és elektródtávolság-hányadosának) a beállítására szolgál.

b. A higanygőz viszonylag kis hővezető képessége és viszonylag nagy viszkozitása javítja a kisülőedény izoterm falhőmérsékleteinek kialakulását.

c. A higany nagy gőznyomása révén a nagynyomású lámpák villamos és termikus tulajdonságai jól adagolhatóak és beállíthatóak.

d. A higany inért fémes jellege megkönnyíti a higany és más reakcióképes gáz alakú anyagok (halogenidek) reverzibilis visszaképződését a lámpa lehűlésekor (fémfelesleg folyékony alakban, higany-halogenidek képződése).

A technika mai állása szerint például kerámia kisülőedénnyel rendelkező fémhalogenid lámpákba az égési feszültség beállítására az elektródtávolságtól és az alkalmazott fémhalogenid töltettől függően jellegzetesen 25-200 pmol/cm³ (5-40 mg/cm³) higanyt töltenek be.

A higanyt azonban egyre inkább a környezetre káros és mérgező anyagnak tekintik, amit a korszerű tömeggyártmányokban a környezetnek az alkalmazás, a gyártás és a deponálás során fennálló veszélyeztetése miatt lehetőség szerint kerülni kell. Ezért fokozott mértékben törekszenek higanymentes nagynyomású kisülőlámpák kifejlesztésére.

A DE-PS 40 35 561 számú szabadalmi iratból már ismert egy kerámia kisülőedényes fémhalogenid lámpa, amelynek a higanymentes töltete nemesgázt és egy lítium-halogenidet (vagy nátrium-, tallium- vagy indium-halogenidet) tartalmaz ívkisülés létrehozásához. A töltet tartalmaz továbbá egy anyagot, amely halogenid komplexet képez, például alumínium vagy ón halogenidjét, ami a nátrium vagy lítium halogenidjeivel komplexeket képez.

A DE-PS 27 07 204 számú szabadalmi iratból ismert egy higanymentes töltet nemesgázokkal és fémhalogenidekkel, amely táliumot, egy vagy két ritkaföldfémet (Dy, Ho) és/vagy egy alkáli fémet (Na, Cs), valamint esetleg indiumot tartalmaz.

Ezek az iratok nem közölnek sem színvisszaadást, sem fényhasznosítást. Saját méréseink szerint a fenti töltetek a megadott üzemeltetési feltételek között legfeljebb Ra=60 színvisszaadást és 60 lm/W fényhasznosítást érnek el.

Az EP-PS 627 759 számú szabadalmi iratból ismert egy nagy fényhasznosítású fémhalogenid lámpa, amelyben puffergázként higanyt alkalmaznak. Ennek egyik kiviteli alakjában higanymentes töltet van nappalifény-alkalmazáshoz, 5350 K színhőmérséklettel, fémhalogenidként HfBr₄-ot alkalmazva, valamint elemi ónt hozzáadva. Itt a puffergáz szerepét xenon játssza (hideg töltőnyomás 1 bar). Ezeknek a lámpáknak azonban óriási, körülbelül 600 V-os visszagyújtási feszültségcsúcsaik vannak, és ezért csak költséges kapcsolástechnikával üzemeltethetőek.

Higanyszegény vagy közelítőleg higanymentes tölteteket alkalmaznak viszont túlnyomórészt elektród nélküli, nagynyomású fémhalogenid lámpákban, mivel a villamos energia becsatolása elektromágneses hullámokkal a higanysűrűség növekedésekor csökken és a külső plazmarétegekben ámyékolódik. A fémhalogenid lámpákban ezekben az esetekben is puffergázként túlnyomórészt xenont (Xe) vagy más nemesgázokat használnak, vagy higanyt töltenek be nagyon kis mennyiségben (<1 mg/cm³, „lényegében higanymentes”). Ez a technika azonban nagyon költséges és kisteljesítményű lámpáknál (250 W alatt) alkalmatlan, mivel a fényhasznosítás ekkor hirtelen csökken.

A találmányunk elé kitűzött feladat olyan, a bevezetésben leírt jellegű világítórendszer, amelynek a higanymentes töltete a higany tartalmú fémhalogenid lámpákéval egyenértékű tulajdonságokkal rendelkezik. Lényeges tulajdonságoknak tekintjük legalább Ra=75 színvisszaadás és legalább 75 lm/W fényhasznosítás egyidejű megvalósítását.

Ezt a feladatot a találmány értelmében úgy oldjuk meg, hogy a lámpa elektronikus előtétkészüléke a polaritásváltás közben legalább 0,3 V/ps, előnyös módon legalább 1 V/ps feszültségváltozási sebességű feszültségváltozást közvetít, és a töltet a következő összetevőket tartalmazza:

- egy puffergázt, amely indítógázként a lámpa gyújtását is előidézi,

- egy feszültséggradiens-képzőt, amely legalább egy könnyen elpárolgó fémhalogenidből áll és nagyobbrészt (több mint 50%-ban) biztosítja legalább 45 V/cm feszültséggradiens létrehozását, ami nagyjából megegyezik a higany feszültséggradiensével,

- egy fénykeltőt, amely legalább egy fémhalogenidből és/vagy egy fémből áll.

A kitűzött feladat a nagynyomású lámpákban használt higanyt helyettesítő anyagot vagy helyettesítő anyagok keverékét igényli, ugyanakkor lényegében megtartva a jellegzetes fémhalogenid nagynyomású lámpa fénytechnikai és villamos tulajdonságait.

A találmány szempontjából lényeges az is, hogy a bevált elektródos technikát megtartva kisteljesítményű lámpákat is meg lehet valósítani.

A kisülőedény, mint ez önmagában ismert, kvarcüvegből állhat. Különösen előnyös azonban a termikusán jobban terhelhető, átlátszó vagy áttetsző kerámia anyagú kisülőedény. Ez az anyag állhat egykristályos fémoxidból (például zafírból), többkristályos szinterezett fémoxidból (például PCA-ból: többkristályos, sűrűn szinterezett alumínium-oxidból, ittrium-alumíniumgametből [?] vagy ittrium-oxidból) vagy többkristályos, nem oxidáló anyagból (például AlN-ből).

HU 221 394 Β1

A szakirodalomban higany, mint puffergáz helyettesítésére főleg xenont adnak meg, mivel a stabil nemezgázok közül ez a legnehezebb. A xenont kvarcüveg kisülőedények használata esetén kifagyasztással lehet betölteni, úgyhogy a lámpatöltet a puffergázt túlnyomás alatt tartalmazza. Ha kisülőedényként kerámiatestet alkalmaznak, akkor ez a töltési eljárás a kisülőedény hosszában keletkező nagy hőmérsékletesés miatt repedéseket idézhet elő, és ezért ezt az eljárást csak nagy költséggel és kockázattal lehet alkalmazni.

A puffergázként alkalmazott xenon amúgy is csak kis mértékben (10-20%) járul hozzá a feszültséggradienshez a lámpában.

A találmány egyik előnyös kiviteli alakja egy higanymentes, elektródos fémhalogenid lámpa kerámia kisülőedénnyel kvarcüvegből vagy keményüvegből álló, evakuált külső burával, amelynek nagy a fényhasznosítása (jellegzetesen >80 lm/W) és nagy a színvisszaadási mutatója (jellegzetesen Ra >80).

A találmány szerinti töltőanyagokkal előnyös módon a meleg fehér és a semleges fehér közötti színhőmérsékletek tartománya (jellegzetesen 3000-4500 K) valósítható meg. Bizonyos körülmények fennállása esetén nappali fénynek megfelelő fehér (5300 K körüli) színhőmérsékletek is nagy Ra értékkel (körülbelül 90) érhetők el.

A lámpa üzemeltetéséhez a következő különleges funkciójú töltési összetevőket alkalmazzuk:

1. Indítógázként a lámpák gyújtásához és egyidejűleg puffergázként nemesgázt (neont, argont, kriptont, xenont vagy ezek keverékeit) alkalmazunk. A minimális töltőnyomás (hidegen) 1 mbar. A jellegzetes nyomástartomány néhány mbar és 1 bar között van. Különleges lezárási technikák (fémkerámia-átvezetések esetében lézerhegesztés) alkalmazásával kerámia kisülőedény használatakor még az is lehetséges, hogy a nemesgázt puffergázként 1 bar-nál nagyobb hideg töltőnyomással alkalmazzuk.

2. Feszültséggradiens-képzőként legalább egy, nagy elektronütközési keresztmetszettel bíró fémhalogenidet, amely a lámpa üzemében (a kisülőedény körülbelül 900 és 1100° közötti falhőmérsékletén, de a hidegpont hőmérséklete jóval alacsonyabb is lehet) jelentős gőznyomást (előnyös módon legalább 0,5 bar-t) ér el. A feszültséggradienst ugyanis főleg ez a két tényező határozza meg. A találmány értelmében ezeknek a fémhalogenideknek kell nagyobbrészt (legalább 50%-ban) a feszültséggradienst meghatározniuk. Lényegében ez a fémhalogenid a higanyt helyettesítő anyag abból a szempontból, hogy a feszültséggradiens beállításának részaspektusát fedi.

3. A töltet tartalmaz továbbá legalább egy fénykeltőt, amely főként hozzájárul a fény előállításához. Előnyösek a fémhalogenidek. Járulékosan fémeket is lehet alkalmazni.

Halogénen itt és a következőkben mindig jódot, brómot vagy klórt értünk, de fluort nem. Ugyanez vonatkozik a halogenidekre.

Megfelelő gőznyomásgörbék találhatóak például Landolt - Bömstein „Gleichgewichte Dampf-Kondensat und osmotische Phánomene” című táblázatgyűjteményében (Springer-Verlag Heidelberg, 1960). A

P=10(a/t+b) ábrázolásban (P=a gőznyomás atmoszférában és T=hőmérséklet Kelvinben) A és B állandó. Ezeket az állandókat néhány fontos fémhalogenidre az alábbiakban adjuk meg:

1. táblázat

Fémhalogenid	A állandó	B állandó
AlBr₃	2666	5,038
AlJj	3768	5,758
HfBr₄	5257	8,816
InBr	5017	5,301
InJ	5384	5,387
MgJ₂	11136	10,470
ZnJ₂	5629	5,596

Itt ügyelni kell arra, hogy a fenti összefüggés mindenekelőtt az indítási fázisban, viszonylag alacsony hőmérsékleteken, valamint telített üzemben, amelyben fenéküledék marad, játszik döntő szerepet. A fémhalogenidek egy része, mindenekelőtt a feszültséggradiens-képzők előnyös módon telítetlenül is üzemeltethetőek.

Előnyös módon egyes töltetösszetételeknél első adalékokat, előnyös módon fémhalogenideket alkalmazunk a lámpa villamos tulajdonságainak javítására és az ív hőmérsékletprofiljának befolyásolására. Erre a célra elsősorban olyan fémek vagy fémvegyületek alkalmasak, amelyeknek a gerjesztési, illetőleg ionizálási energiája a fent említett fémhalogenidek tartományában, előnyös módon ez alatt van.

Ezenkívül második adalékokat, előnyös módon elemi fémeket lehet a töltethez hozzáadni, amelyek a visszagyújtási csúcsokat csökkentik, amennyiben getterként hatnak a szabad elektronegatív gázrészekre. Ezek halogenidjeinek kisebb a képződési entalpiája, mint azoknak a fémvegyületeknek, amelyek esetleg az elektródok anyagából és a lámpában lévő árambevezetések anyagából (volfrám, molibdén) képződhetnek. Lényegében a lámpák élettartamának meghosszabbítására szolgálnak és elősegítik a hatékony, stabil kémiai körfolyamatot. Itt többnyire elemi fémekről - elsősorban alumíniumról, ónról és magnéziumról - van szó, amelyek ezeknek a fémeknek a már betöltött halogenidjeihez képest feleslegben vannak. Kedvező tapasztalatokat szereztünk elemi tantállal is. Ezeknek a fémeknek a maximális adagja mindig 10 mg/cm³.

A jelen találmányhoz elvileg alkalmazhatóak kvarcüveg kisülőedények. Előnyben részesítjük azonban a kerámiaedényes lámpákat, mert ezek jóval nagyobb falhőmérsékleteket tesznek lehetővé. Ezáltal a fénykeltésre használt anyagok jóval nagyobb össznyomása és parciális gőznyomása, valamint részecskesűrűsége állítható be. Ezenkívül a falhőmérséklet növelése javítja a feltételeket, amelyek lehetővé teszik fémhalogenid-komplexek képződését és túltelített

HU 221 394 Bl fémgőzök képződését fématomcsoportok [klaszterek] képződéséhez.

Részletesebben kifejtve a töltet következő alkotóelemeit alkalmazzuk, és ekkor a lámpákat túlnyomórészt, legalábbis a részalkotók tekintetében, telítetlenül üzemeltetjük :

1. Indítógázok: neon, argon, kripton, xenon és ezek keverékei. Ezek a gázok puffergázként is szolgálhatnak. A jellegzetes töltési mennyiség 10-500 mbar (hideg töltési nyomás), különösen előnyös az 50-300 mbar tartomány.

2. Feszültséggradiens-képzőként az Al, Bi, Hf, In, Mg, Se, Sb, Sn, TI, Zn, Zr, Ga halogenidjei (előnyösen bromidjai és/vagy jodidjai) alkalmasak. Ezek alkalmazhatóak külön vagy keverékként (lásd a 2. táblázatot). A jellegzetes töltési mennyiség 1-200 pmol/cm³. A különösen előnyös kiviteli alakokban a háromértékű fémhalogenidek (például Al-halogenidek) részaránya 5-50 pmol/cm³, négyértékű fémhalogenidek (például Hf-halogenidek) részaránya 2-50 pmol/cm³, és az egyés kétértékű fémhalogenidek (például In-halogenidek, előnyös módon ZnJ₂) részaránya 1-100 pmol/cm³. Ezenkívül elemi horgany is alkalmas feszültséggradiensképzőként, mindenekelőtt adalékként egy további fémhalogenidhez. Ezzel az égési feszültség nagyon jól beállítható egy higany tartalmú töltetnél fennálló értékre (körülbelül 75-110 V/cm).

3. Fénykeltőként, amely főleg fény létrehozására, valamint a színhőmérséklet és színvisszaadás beállítására szolgál, a Na, Pr, Nd, Ce, La, Tm, Dy, Ho, TI, Se, Hf, Zr fémek halogenidjei (előnyös módon bromidjai és jodidjai) alkalmasak. Ezeket külön vagy keverékként lehet alkalmazni (lásd a 3. táblázatot). Adagjuk jellegzetesen 1-30 mg/cm³. A kerámia kisülőedényeknél, amelyeknél nagy a holt térfogat (kapilláriscsöves technika üvegforrasszal) ajánlatos jóval nagyobb (körülbelül ötszörtízszer akkora) adagot (jellegzetesen 15-30 mg/cm³-t) alkalmazni, mint szinterezéssel lezárt kerámia kisülőedényeknél vagy kvarcüveg kisülőedényeknél (jellegzetesen 3-10 mg/cm³). Egy speciális példa egy hatalkotós keverék (TlJ/DyJ³/TmJ³/HoJ³/CeJ³/CsJ) (5 mg) egy 0,3 cm³es lámpatérfogatban, úgyhogy kapilláris technikával 17 mg/cm³ fajlagos mennyiség adódik.

4. Első adalékként, amely erősen befolyásolja az ívoszlop hőmérsékletprofilját, a cézium fémhalogenidjei alkalmasak. Ha a fénykeltő nem nátrium, akkor lítium (is) alkalmazható.

5. Elemi fém adalékokként, amelyek második adalékanyagként szolgálhatnak, a jellegzetes adag 0,5-10 mg/cm³. Különösen ajánlatos alumínium (körülbelül 1 mg/cm³), illetőleg ón (körülbelül 1 mg/cm³), illetőleg indium (körülbelül 3 mg/cm³) hozzáadása.

Az összes betöltött fém összes mólmennyiségének az összes betöltött halogén összes mólmennyiségéhez viszonyított aránya előnyös módon 0,1 és 10 között van.

A W0X₂ (X=halogén) fokozott képződése okozta elektródkorrózió elnyomására járulékos oxigéngettereket (mint például SnP-ot) lehet alkalmazni.

A versenyképes higanymentes fémhalogenid lámpa létrehozására irányuló fáradozásokban döntő áttörést azzal értünk el, hogy az ilyen lámpák üzemmódját gondosan elemeztük és optimalizáltuk. Ezt a szempontot a higanymentes fémhalogenid nagynyomású lámpáknál eddig teljesen elhanyagolták.

Az ismert higany tartalmú fémhalogenid lámpáknál nem lép fel visszagyűjtési feszültségcsúcs (50 Hz-es üzemben sem), mert higany a fő feszültséggradiensképző. A szabad halogén mennyisége a kisülőedényben olyan kicsi, hogy a halogén gyakorlatilag nem fog be szabad töltéshordozókat. A kisülési plazma ezért nem bomlik gyorsan. Ezzel szemben a találmány szerinti töltettel ellátott lámpáknál kiderült, hogy a hagyományos szinuszüzemben 50 Hz-en nagy visszagyűjtési feszültségcsúcsok léphetnek fel, amelyek a találmány szerinti lámpában a kisülés idő előtti oltásához vezettek. Ennek oka az, hogy a higanyt egy fémhalogenid összetevő helyettesíti. Ekkor a halogén mennyisége a kisülőedényben viszonylag nagy. A szabad töltéshordozókat a halogének nagyon gyorsan befogják, úgyhogy a plazma nagyon gyorsan elbomlik. Ezért a találmány szerinti lámpák üzemeltetéséhez a hagyományos előtétkészülék kevésbé alkalmas.

A lámpák váltakozó feszültségű üzemeltetése a találmány értelmében úgy történik, hogy a lámpafeszültség változási sebessége (abszolút értelemben negatív vagy pozitív irányú feszültségnövekedésről van szó) a polaritásváltás alatt olyan gyors, hogy a visszagyújtási feszültségcsúcsok a lámpafeszültség időbeli menetében erősen csökkennek. Ez megbízhatóan megakadályozza a lámpa kialvását. Ezek a visszagyújtási feszültségcsúcsok a kisülési ív polaritásváltáskor bekövetkező kialvása következtében és az elektródok lehűlése következtében keletkeznek.

A még elfogadható visszagyújtási feszültségcsúcs nagysága egyrészt a maximálisan elérhető üresjárati feszültségtől, tehát a tápfeszültségtől, másrészt egy a feszültségútban lévő, egy meghatározott feszültségnagyság (éppen a működésbe lépési feszültség) túllépésétől kezdve a lámpafeszültségen gyújtóimpulzusokat létrehozó gyújtókészülék működésbe lépési feszültségétől függ. A hibás, túl nagy visszagyújtási feszültségcsúccsal járó üzemmód a gyújtókészülék túlterhelését idézi elő és megrövidíti annak élettartamát.

Az impulzusoldalakon (vagyis a legnagyobb feszültségváltozás területén) a lámpafeszültség feszültségváltozási sebességének - amit a feszültségváltozás abszolút értékének és a feszültségváltozás időtartamának hányadosaként definiálunk (és ezért a következőkben gyakran, egyszerűsítve feszültségemelkedési sebességnek nevezünk) - legalább 0,3 V/ps-nak, különösen előnyös módon legalább 1 V/ps-nak kell lennie. Jó eredményeket értünk el körülbelül 3 V/ps-mal.

Kielégítő feszültségemelkedési sebesség valósítható meg elvben nagy frekvenciájú szinusz alakú váltakozó feszültséggel (legalább 1 kHz, előnyös módon több, mint 250 kHz). Elvileg alkalmasak más, hasonló feszültségalakok (például fűrészfog alak) a félperiódus hasonló tartamával.

Elvileg lehetséges a hagyományos gyújtókészülékek alkalmazása. Ekkor (szinuszfeszültség alkalmazása4

HU 221 394 Bl kor) a működésbe lépési feszültség 200 V_eff(=282 V_pk), ami az üresjárati feszültség (illetőleg tápfeszültség) körülbelül 85%-ának felel meg. A következőkben alapul vett példában az utóbbi a szokásos 230 V_eff hálózati feszültséggel egyenlő. Megfelelően természetesen hálózati kisfeszültséget (körülbelül 110 V_eff) is lehet alkalmazni. A lámpafeszültség elfogadható visszagyújtási feszültségcsúcsának jelentősen a működésbe lépési feszültség alatt kell lennie (itt főként a peak-feszültség érdekes, és kevésbé a feszültség effektív értéke). Visszagyújtási feszültségcsúcsként ezért az üresjárati feszültség körülbelül 75%-a elfogadható. 230 V_eff esetén ez például 173 V_eff értéket, vagyis 244 V_pk peak-feszültséget ad.

Különösen előnyös a négyszögáramú elektronikus előtétkészülék, mivel ez az impulzusalak eleve szavatolja a meredek impulzusoldalakat. Ezért elvben már 50 Hz frekvencia elegendő ahhoz, hogy polaritásváltáskor a feszültségemelkedési sebesség fent említett 0,3 V/ps feletti tartományát beállítsuk. Ez a négyszög impulzusoldalai meredekségének tulajdonítható. Lehetséges azonban a nagyobb (például 120 Hz vagy ennél nagyobb) frekvenciájú üzemeltetés is. Előnyös a feszültségemelkedés legfeljebb 400 ps időtartama. Ez egy különösen előnyös kiviteli alakban 100 ps alatt van. Nagyon alkalmas a 10 és 50 ps közötti érték.

Alkalmas elektronikus előtétkészülék elvben már ismert például az US 4,291,254 számú szabadalmi vagy a DE-OS 44 00 093 számú nyilvánosságra hozatali iratból. Mindkét szabadalmi iratra kifejezetten hivatkozunk. Ezekben azonban mindenekelőtt a nagy üzemi frekvencia által megnövelt fényhasznosítás (8%-ig) szempontját veszik figyelembe.

A négyszögüzem különös előnye, hogy megteremti az akusztikus rezonanciáktól mentes, stabil tartós üzemeltetés alapját. Elvben lehetséges a nagyfrekvenciás szinusz alakú gerjesztés is, ha az üzemeltetés 1 kHz feletti frekvenciákon szinusz alakú feszültségoldalakkal történik, amikor is ezek időskálája jellegzetesen a négyszögüzem meredek impulzusoldalainak felel meg (10 és 100 ps közötti nagyságrend). Különösen indításkor előnyös a nagy (250 kHz feletti) frekvencia az akusztikus rezonanciák veszélye miatt. Fontos a feszültségemelkedési sebesség (V/ps-ban) olyan beállítása, hogy a visszagyújtási csúcsokat, amelyek a lámpa égési feszültségére ráépülnek, lehetőség szerint elnyomjuk. Ekkor szinusz alakú váltakozó feszültség esetén is lehetséges a stabil üzem.

A négyszögáramú üzemeltetés további előnyös vonása, hogy a lámpa teljesítménye üzem közben néhány százalék eltéréssel pontosan állandó értéken tartható (constant-wattage üzem). Ekkor a lámpára indítás közben az első percekben már rá kell adni a névleges teljesítmény legalább 50%-át (előnyös módon több, mint 60%-át). Ezért előnyös a négyszögüzemű elektronikus előtétkészülékek alkalmazása, amelyekkel „constant-wattage” üzem valósítható meg és a nagy visszagyújtási feszültségcsúcsok megbízhatóan elkerülhetőek. Nagynyomású kisülőlámpa állandó teljesítményű üzemeltetésére szolgáló kapcsolás elvben például az EP-A 680 245 számú szabadalmi leírásból ismert.

A higanymentes lámpák előállításának speciális problematikáját a következő megfontolással részletesebben megmagyarázzuk.

A higanymentes kisülőlámpákkal végzett korábbi kísérletek néhány bar nyomású xenonkisülésen alapultak, és fénykeltőként ritkaföldfém-halogenid adalékot alkalmaztak. Itt a xenon a kizárólagos feszültséggradiens-képző. A nagy xenonnyomás ellenére ezeknek a lámpáknak az égési feszültsége azonban csak körülbelül 35 V (ami a higanyra vonatkozó körülbelül 87 V érték körülbelül 40%-a). A halogenidek elpárologtatásához szükséges lámpateljesítményt ezért megfelelően nagy áram bevitelével kell biztosítani. Ez viszont nagyon masszív elektródokat igényel, ami ezeknél a lámpáknál megnehezíti a gyújtást és az ív átvételét.

A találmány szerinti megoldás itt az, hogy xenon helyett könnyen elpárolgó fémek jodidjait vagy bromidjait alkalmazzuk a higanyéval összehasonlítható feszültséggradiens előállítására. A brómnak és jódnak (mind atomi, mind molekuláris alakban) önmagában vagy kombinálva nagy hatáskeresztmetszete van az elektronbefogáshoz. Ezért a lámpa égési feszültség negatív ionok, illetőleg molekulák képződése közben megnövekszik.

A feszültséggradiens-képző koncepciója úgy módosítható, hogy nem egyedül a fémhalogenidek látják el ezt a fúnkciót, hanem a feszültséggradienshez bizonyos mértékig hozzájárul a megfelelően nagy xenonnyomás is (több, mint 500 mbar hideg töltőnyomás). Ez lehetővé teszi a jó összehangolást a lehetőség szerint egyszerű töltetrendszerek tekintetében, amelyeknél a feszültséggradiens-képzőként használt fémhalogenidek egy része, például az Al, In, Mg és mindenekelőtt a TI halogenidjei fénykeltőként is működnek. Ennek a koncepciónak az az előnye, hogy nagy (jellegzetesen 2 A) indítóárammal való indításkor az elektródok védve vannak a túl erős túlhevüléstől, ha a xenon gyújtógázként és feszültséggradiens-képzőként hat.

Kis, 45 V/cm-nél kisebb feszültséggradiens alkalmazását lámpatechnológiai okokból lehetőleg el kell kerülni, mivel az ekkor szükséges nagy áram viszonylag vastag elektródokat igényel, amelyek az égési falhoz közeli helyzetük miatt ott káros hatásokat okozhatnak. Ehhez járul még, hogy nagyon masszív elektródok esetén a hidegindítási tulajdonságok romlanak. Ennek negatív következménye az elektródanyag nagyobb porlódása, ami a kisülőedény falának idő előtt feketedéséhez vezet.

Találmányunkat annak példaképpeni kiviteli alakjai kapcsán ismertetjük részletesebben ábráink segítségével, amelyek közül az

1. ábra fémhalogenid lámpa kerámia kisülőedénnyel, a

2. ábra egy fémhalogenid lámpa színképe, a

3. ábra fémhalogenid lámpa kvarcüveg kisülőedénnyel, a

4. ábra az égési feszültséget és a visszagyújtási csúcsfeszültséget a töltet mennyiségének függvényében ábrázoló diagram, az

HU 221 394 Bl

5. ábra kerámia fémhalogenid lámpa különleges tartóállvánnyal, a

6. ábra háromfogású szimmetriával rendelkező lámpa metszete, a

7. ábra a visszagyűjtési viselkedés az impulzusoldalak eltérő meredeksége esetén, a

8. ábra a visszagyújtási csúcsfeszültség a 7. ábra szerinti különböző feszültségalakoknál, a

9. ábra különböző töltetek fényhasznosítása, színvisszaadási mutatója és égési feszültsége, a

10. ábra két töltet maintenance-viselkedése.

Az 1. ábrán vázlatosan egy 70 W teljesítményű fémhalogenid lámpát ábrázoltunk. Ez a lámpa egy lámpatengelyt meghatározó, henger alakú, kvarcüveg 1 külső burából áll, amely kétoldalt lapítva van és 3 lámpafejrésszel van ellátva. A tengelyirányban elhelyezett, Al₂O₃-kerámiából készített 4 kisülőedény az 5 középrészén kidomborodik, és két henger alakú, 6a és 6b végrésze van. A 4 kisülőedény lehet azonban henger alakú is, dugóként hosszúkás kapilláris csövekkel, ahogyan ez például az EP-A 587 238 számú szabadalmi leírásból ismert. A 4 kisülőedényt az 1 külső burában két 7 áram-hozzávezetés tartja, amelyeket 8 fóliák kötnek össze a 3 lámpafejrészekkel. A 7 áram-hozzávezetések, amelyek közül az egyik egy molibdén szalag a nagy tágulási különbségek kiegyenlítésére, össze vannak hegesztve a 9, 10 átvezetéssel, amelyek a 4 kisülőedény végén lévő egy-egy 11 záródugóba vannak beillesztve.

A 9, 10 átvezetést például molibdén szegek képezik. Mindkét, 9 és 10 átvezetés kétoldalt túlnyúlik a 11 záródugón és a kisülés oldalán 14 elektródokat tart. A 14 elektródok egy volfrám 15 elektródszárból és egy, a kisülésoldali végre felhúzott 16 spirálból állnak. A 9, 10 átvezetés tompahegesztéssel össze van hegesztve a 15 elektródszárral és a külső 7 áram-hozzávezetéssel.

All záródugók lényegében egy önmagában ismert fémkerámiából állnak, amelynek a kerámia összetevője A1₂O₃ és a fém összetevője volfrám vagy molibdén is.

A második, 6b végrészen ezenkívül all záródugóban van egy tengelypárhuzamos 12 furat, amely az önmagában ismert módon a kisülőedény evakuálására és töltésére szolgál. Ezt a 12 fúratot töltés után a szakzsargonban stoppemek nevezett 13 szeggel vagy olvadó kerámiával lezárják.

Elvileg választható a kerámia kisülőedény minden más ismert konstrukciója és a lezárás más módszere, lásd például a technika bevezetőleg leírt állását, vagy az EP-A 528 428 és az EP-A 609 477 számú szabadalmi leírást.

A 4 kisülőedény töltete egy inért gyújtógáz, illetőleg puffergáz, itt argon 250 mbar hideg töltőnyomással, valamint különböző fémhalogenid adalékok.

Részleteiben ezek legfeljebb három feszültséggradiens-képző, fénykeltők alkalmas keveréke, valamint esetleg további adalékok. Különösen bevált a két fúnkciójú - feszültséggradiens-képző és fénykeltő - T1J, további feszültséggradiens-képzőkkel kombinálva.

A 2. táblázat tartalmaz néhány töltetet. Itt a feszültséggradiens-képzőket és a fénykeltőket egymás25 tói elkülönítve ábrázoltuk. A kapott fényhasznosítás 78 és 98 lm/W között van, és ugyanakkor jó a színvisszaadás, Ra értéke 76 és 89 között van. A fény szín a meleg fehér és a semleges fehér közötti tartományban (3500 és 4200 K) között van. A feszültséggradiens

60 és 120 V/cm között van. Meglepő módon viszonylag alacsony, 45 és 60 V/cm közötti feszültséggradiensek is még jó fénytechnikai értékeket eredményeztek. Összehasonlításképpen: a feszültséggradiens hagyományos, higany töltésű fémhalogenid lámpánál körülbelül

75 és 110 V/cm között van.

2. táblázat

feszültség- gradiens- képző	a feszültséggradicnsképzők összmennyi- sége (pmol)	ebből a T1J (pmol)	a fcnykeltő adalék rövidített megne- vezése	fényhaszno- sitás (lm/W)	színvissza- adási mutató, Ra	feszültség- gradiens (V/cm)	fém: hal. arány (összes)	Τη (K)
InJ+TIJ	-10,5	1,4	MHS 8-5	89	89	49,2	0,92	4100
MgJ₂+TIJ	12,2	3,2	MHS8-5	98	87	47,8	0,57	4250
MgJ₂+TIJ+ HfBr⁴	8,6	2,2	MHP4	98	88	58,9	0,73	4280
ZnJ₂+TIJ	7,1	3,9	MHS 8-5	90	86	68,9	0,67	3850
AIJj+TIJ	7,1	0,9	MHS 8-5	80	86	87,4	0,37	3700
MgJ₂+TIJ	18,1	1,9	MHS 8-6	78	81	45,6	0,53	4250
aij₃+tij	4,3	0,6	MHS 8-1	81	77	58,9	0,46	3500
HfBr₄+TIJ	5,6	0,6	MHS 8-6	82	76	69,4	0,34	3650
InBr+TIJ	13,5	3,2	MHS 8-5	92	87	49,3	0,97	4020
InBr+TIJ+ HfBr₄	8,8	2,2	MHP4	93	89	68,9	0,67	4120
AIBr₃	4,5	0	MHS 8-41	90	84	95,0	0,34	4200

HU 221 394 Bl

2. táblázat (folytatás)

feszültség- gradiens- képző	a fcszültséggradiensképzők összmennyi- sége (pmol)	ebből aTU (pmol)	a fénykeltő adalék rövidített megne- vezése	fényhaszno- sítás (lm/W)	színvissza- adási mutató, Ra	feszültség- gradiens (V/cm)	fém: hal. arány (összes)	Tn(K)
AIBr₃+TlJ	8,7	4,2	MHS 8-5	88	81	94,5	0,49	3750
AIBr₃+TIJ	10,7	3,2	MHS 8-5	83	80	120,0	0,42	3900
Hg+TIJ	15,2	3,2	MHS 8-5	106	86	106,7	3,91	4650
Hg+TIJ	13,8	1,9	MHS 8-6	101	78	75,6	4,84	3400

A 2. táblázat utolsó két sorában összehasonlításul megadtuk két hagyományos, higanyt tartalmazó töltésű fémhalogenid lámpa adatait is.

Fénykeltőként a 3. táblázatban szereplő fémhalogenid-keverékeket használtuk. Első fajta adalékként CsJ 20 is szóba kerül. Fénykeltőként különösen alkalmas egy háromalkotós keverék, amelyben az első alkotó tálium, a második alkotó nátrium és/vagy cérium és a harmadik alkotó legalább egy ritkaföldfém.

3. táblázat

a fcnykeltő adalék rövidített megnevezése	ebből TIJ	tiszta fénykcltő	adalék
(összeg= 100%)	TIJ (mol-%)	NaJ (mol-%)	TmJ (mol-%)	DyJ₃ (mol-%)	HoJ₃ (mol-%)	CcJ (mol-%)	CsJ (mol-%)
MHS 8-1	9	77	7	7	0	0	0
MHS 8-5	29	0	15	15	15	15	11
MHS 8-6	9	67	7	7	0	0	10
MHS 8-41	0	0	23	23	26	28	0
MHP 4	8	62	10	10	10	0	⁰

A 2. ábrán a 2. táblázat 2. sora szerinti töltetet tartalmazó lámpa színképe látható. A töltet MgJ₂-on alapszik, és a feszültséggradiens-képző T1J.

Minden töltetnél 0,3 cm³ lámpatérfogatot alkalmaztunk. Az elektródtávolság 9 mm. A villamos teljesítmény és a belső felszín hányadosaként definiált fajlagos falterhelés 15 és 50 W/cm² között változik, átlagosan 25 W/cm². A fajlagos villamosteljesítmény-sűrűség 100 és 500 W/cm³ között változik, átlagosan 235 W/cm³.

A 9. ábrán áttekintést adtunk egy sor töltetről, amelyek különböző feszültséggradiens-képzőket és fénykeltőket tartalmaznak. Megadtuk a fényhasznosítást (fehér oszlop, lm/W), az Ra színvisszaadási mutatót (szürke oszlop) és a lámpa égési feszültségét (fekete oszlop, V). Az ordinátaérték mindhárom mennyiségre vonatkozik. Négy fénykeltőrendszert vizsgáltunk, az MHS 8—6-t, az MHP 4-t, az MHS 8—5-t és az MHS 8-41-t. Ezek összetételét a 2. táblázat tartalmazza. A HfBr₄-nál adalékként fémes ónt is vizsgáltunk. Látható, hogy a legtöbb töltettel elérhetőek a kívánt tulajdonságok.

A lámpákat négyszögáramot előállító elektronikus előtétkészülékkel, szabályozott teljesítményüzemben I_eff< 1,8 A árammal üzemeltettük.

Az ilyen lámpák élettartama 3000 és 6000 óra között van. A viszonylag hosszú élettartam szempontjából kedvezőnek bizonyultak az indium vagy magnézium halogenidjeit tartalmazó töltetek. A fényáram szempontjából különösen jó maintenance-viselkedést mutattak azok a töltetek, amelyek a feszültséggradiens-képzőként túlnyomórészt használt fémhalogenid adalékaként kis mennyiségben hafnium vagy cirkónium halogenidjeit tartalmazták. 1500 üzemóra után a fényhasznosítás csökkenése néhány százalék. A 10. ábrán két példa látható. Az egyik töltet (jel) alapja InBr (1 mg), HfBr₄ (0,7 mg) és a

3. táblázat szerinti MHP 4 fénykeltőrendszer (8 mg). A másik töltet (háromszög jel) alapja MgJ₂ (1,5 mg), HfBr₄ (0,5 mg) és ismét a 3. táblázat szerinti MHP 4 fénykeltőrendszer (8 mg).

Egy további kiviteli alakban (3. ábra) a lámpa 70 W teljesítményű 18 fémhalogenid lámpa, amely az egyik oldalon van lapítva. A 19 kisülőedény is egy ol7

HU 221 394 Β1 dalon lapított kvarcüveg bura. Részletek például az US 4,717,852 számú szabadalmi leírásban találhatóak. A megegyező elemeket egyébként ugyanazok a hivatkozási jelek jelölik, mint az 1. ábrán.

Ehhez semleges fehér töltetet alkalmaztunk könnyen elpárolgó és a higany feszültséggradiensét megközelítő halogenidek (AlJ₃, SnJ₄, HfJ₄) által képzett feszültséggradiens-képzők alapján. Indítógázként 800 mbar-os xenontöltetet alkalmaztunk.

Hagyományos előtétkészülékkel végzett elvi kísérletben nagyon nagy visszagyújtási csúcsfeszültségek fordultak elő, amelyek az égési feszültség effektív értékét is megemelték. A visszagyújtási csúcsfeszültségek magassága (nagy jelképek) is, ugyanúgy mint az égési feszültség (kis jelképek), lineárisan növekszik a halogenidek töltési mennyiségével (lásd a 4. ábrát).

A legerősebb feszültséggradiens a HfJ₄ töltetnél van ennek nagy gőznyomása miatt (fekete négyzettel jelölve), míg az A1J₃ (fekete körrel jelölve) és az SnJ₄ (fekete háromszöggel jelölve) viselkedése nagyjából azonos eltérő adagmennyiség esetén is.

Ezért a találmány szerinti lámpákat előnyös módon négyszögimpulzusokat előállító elektronikus előtétkészülékkel kell üzemeltetni, amelynél a négyszögimpulzus oldalai olyan meredekek (körülbelül 10 és 50 ps közöttiek), hogy nem lépnek fel érdemleges visszagyújtási csúcsfeszültségek. Ekkor például SnJ₄ adagolásakor (11 mg) az égési feszültség 92,8 V-ról 78,0 V-ra, tehát 14,9 V-tal csökken (nagy háromszöggel jelölve a 4. ábrán). A hozzá tartozó visszagyújtási csúcsfeszültség, amelynek az értéke hagyományos előtétkészülékkel még 329 V volt, majdnem teljesen megszűnik (kis háromszöggel jelölve a 4. ábrán).

Mivel a lámpáknak a kisülési ív átvétele után kezdetben csak körülbelül 20 V az égési feszültsége (mivel halogenidek még nem párologtak el), ezért a teljesítmény a hagyományos előtétkészüléken csak körülbelül 25-30 W, mivel a fojtás az áramot 1 A-nél valamivel nagyobb értékre határolja. Ezzel a kis teljesítménnyel a lámpa olyan hideg marad, hogy a halogenidek nem tudnak elpárologni, és a lámpa megakad az indítási fázisban. A hagyományos előtétkészüléken végzett mérésekhez ezért a lámpaáramot egy szabályozó fojtással indításkor szűk 2 A-re növeltük. Ez elegendő a halogenidek elpárolgásához, ami ezután az égési feszültség növekedését idézi elő, úgyhogy az áramot vissza lehet venni.

Nagyon jó indítási viselkedést lehet elektronikus előtétkészülékkel megvalósítani, amely a lámpára eléggé nagy teljesítményt ad („constant-wattage” üzem). Az elektronikus előtétkészüléknek járulékosan az az előnye, mint fentebb említettük, hogy elkerüli visszagyújtási csúcsfeszültségek fellépését.

A vizsgálatok során kiderült, hogy feszültséggradiens-képzőként csak HfJ₄-dal adalékolt lámpákat különösen nehezen lehet gyártani és csak nehezen lehet stabilan üzemeltetni. Ezért előnyösebb lényeges feszültséggradiens-képzőként A1J₃, A1C1₃ és/vagy SnJ₄ alkalmazása.

Egy további kiviteli alakban indítógázként 150 mbar hideg töltőnyomású argont alkalmaztunk. Emellett az

A1J₃, illetőleg SnJ₄ feszültséggradiens-képzőn kívül fénykeltőként DyJ₃, illetőleg TmJ₃ (egyenként 0,27 mg) és mindenkor T1J (0,1 mg) és NaJ (0,4 mg) adalékot alkalmaztunk, hogy az emissziót a színkép látható tartományában erősítsük. A DyJ₃-ot adalékként használtuk az AlJ₃-hoz, hogy a vörösben jobb emissziót kapjunk. Ezzel szemben TmJ₃-ot használtunk adalékként az SnJ₄hoz, hogy az emissziót a kékben és a zöldben növeljük.

Az AlJ₃/SnJ₄/DyJ₃/NaJ/TlJ rendszerrel a xenon elhagyása ellenére 64,1 V égési feszültséget értünk el.

Egy további kiviteli alakban nagyon hasonló töltetet alkalmaztunk kerámia kisülőedényes fémhalogenid lámpában. A töltet feszültséggradiens-képzőként 5 mg AlJ₃-ból és fénykeltőként DyJ₃-ból, TmJ₃-ból, TlJ-ból és NaJ-ból áll. A kerámia kisülőedény térfogata 0,3 cm³, az elektródtávolság 9 mm. 51,2 V égési feszültséget és igen nagy, 5 kim fényáramot értünk el.

A viszonylag kis égési feszültség a bőségesen elpárolgott NaJ-nak tulajdonítható, mivel a kis égési térfogatban nagy - 70 W/0,3 cm³=233 W/cm³ - teljesítménysűrűség van.

Az 5. ábrán a találmány egy további kiviteli alakja, egy 70 W teljesítményű 20 fémhalogenid lámpa látható. Az 5a. és 5c. ábra egyenként 90°-kal elforgatott oldalnézet, az 5c. ábra egy felülnézet. Az 5d. ábrán az 5c. ábra szerinti lámpa metszete látható.

Részletesebben ismertetve: az elliptikus, kerámia 21 kisülőedény végein hosszúra húzott 22 kapilláris dugók vannak. A 23 tartóállvány az egyik oldalán lapított 25 külső bura 24a, 24b fóliáján G12 típusú kerámia lámpafejjel van rögzítve. A lapításhoz közeli 26 átvezetést rövid, szögben meghajlított 27 áram-hozzávezetés köti össze az egyik, 24a fóliával. A lapítástól távoli 28 átvezetést kétfogású szimmetriájú vezetőrendszer és egy rövid 36 áram-hozzávezetés köti össze a másik, 24b fóliával. A vezetőrendszer egy félkör alakú 30 ívből áll, amely a lapításhoz közeli 26 átvezetés magasságában, a lámpa mértani tengelyére keresztben álló síkban a 25 külső bura falán belül van vezetve. A 30 ív két végén a lámpa mértani tengelyével párhuzamosan két, egymáshoz képest 180°-kal eltolt pálca terjed ki, mint 31 visszavezetés a lámpa lapítástól távoli végéhez. A pálcákat egy összekötő 32 ív köti össze, amely a lámpa mértani tengelyét tartalmazó síkban van és a 25 külső bura lapítástól távoli, lekerekített 29 buravégére fekszik fel. Az összekötő 32 ív a csúcsán össze van hegesztve a lapítástól távoli 28 átvezetéssel. A 28 átvezetés vége a lekerekített 29 buravég csúcsán lévő 35 csatornában van rögzítve.

Az állvány ilyen, két- sőt háromfogású szimmetriával rendelkező felépítése révén (5. és 6. ábra) csökkenthetőek, illetőleg majdnem megszüntethetőek a 31, 38 visszavezetések által okozott, a kisülési ívre ható mágneses befolyások. A kisülési ív kitérítése ugyanis higanymentes töltés esetén különösen kritikus. Ennek az az oka, hogy a helyettesítő anyagok nagy gőznyomású fémhalogenidek, úgyhogy függőleges égési helyzet esetén a mágneses hatás következtében egyetlen és ennek megfelelően aszimmetrikus visszavezetés esetén a kisülési ív túl erősen kitérne. Ennek oka a 31, 38 vissza8

HU 221 394 BI vezetés által létesített mágnesmező, amely a kisülési ívben lévő ellenirányú áramra taszítólag hat. Ez a 25 kisülőedény falán túl erős termikus túlterheléshez és inhomogén hőmérsékleteloszláshoz vezethet, és végül annak szétroncsolását idézné elő. Mértek 300 °C-nál nagyobb hőmérséklet-különbséget.

Az I áram jellegzetes értéke 1 -2 A. A kisülési ívet kitérítő erő I²-tel valamint a visszavezetés 1 effektív hosszával arányos, ami megegyezik az ív hosszával, és fordítottan arányos a visszavezetés és a kisülési ív közötti r távolsággal:

KaF(f)*P* 1/r (1).

Mivel az 1 elektródtávolság (9 mm) és az r távolság (itt körülbelül 7 mm) nagyjából egyforma, ezért a kitérítő erő közel független ennek a két mennyiségnek a hányadosától. Ezzel szemben a K kitérítő erő nagyon érzékenyen (négyzetesen) függ az I áramtól. Ezenkívül szerepelnek az f töltet speciális tulajdonságai, amelyeket az (1) egyenletben F(f) függvényként foglaltunk össze. Ide tartoznak elsősorban a töltőnyomás, de egy töltési alkotó sajátos tulajdonságai is. A higanymentes kisülési ív bizonyos körülmények között több helyen betüremlő („karcsúsított”) hőmérsékletprofilja (a lámpa mértani tengelyére keresztben nézve) miatt - ami különösen kifejezett A1J₃, AlBr3, HfJ₄ és HfBr₄ esetén - ez az ív, a higany tartalmú töltet esetén fennálló ívvel szemben, mágnesesen erősen befolyásolható. Ez mindenekelőtt a nagyon kompakt felépítésű, kisteljesítményű lámpákra vonatkozik.

Két vagy három szimmetrikus 31,38 visszavezetés alkalmazásakor (lásd az 5. és 6. ábrát) az egyedi visszavezetés által okozott erő jelentősen csökken, mivel az áram több 31, 38 visszavezetés között oszlik el. Ehhez járul még, hogy a két, illetőleg előnyös módon három 31, 38 visszavezetés együttműködik és együttesen a lámpa mértani tengelyéhez központosító erőt létesít. A kisülési ív tehát függőleges égési helyzetben a lámpa mértani tengelyére stabilizálódik.

Előnyös a 31, 38 visszavezetést alkalmas anyagú 39 hüvelyekkel (kvarcharisnyával, kerámiacsővel) az önmagában ismert módon burkolni, hogy az ultraibolya sugárzás okozta fotohatásokat elkerüljük. Négynél több visszavezetés (négyfogású szimmetria) mindenesetre jelentős árnyékolást idéz elő, és ezért, különösen költségokok miatt is, kevésbé alkalmas.

A fenti megfontolásokból következik, hogy az áramvezető-visszavezetéseknek a találkozási pontjukig lehetőség szerint egyforma hosszúaknak kell lenniük és azonos távolságban kell, hogy legyenek a kisülési ívtől. Ekkor a visszavezetések közelítőleg azonos ellenállása biztosítja az áram egyenletes elosztását és ezzel a mágnesmező egyenletes eloszlását a kisülési ív magasságában. Csak így jöhet létre a mágnesmezők kellő kompenzálása a lámpa belsejében és a központozó hatás függőleges üzemben.

Vízszintes égési helyzetben a fentebb taglaltak szerint előnyös csak egyetlen visszavezetés alkalmazása. Mivel a kisülési ívre vízszintes égési helyzetben felhajtó erő hat, ezért a visszavezetést a kisülési ív felett kell elhelyezni. Lehetséges azonban több visszavezetés alkalmazása is, amelyeknek azonban nem kell pontosan szimmetrikusaknak lenniük, úgyhogy az aszimmetrikus felhajtóerőt figyelembe lehet venni.

A 6. ábrán egy háromfogású szimmetriával rendelkező lámpa megfelelő metszete látható. A három 38 visszavezetés az (1) egyenletnek megfelelően a mágneses erőt a kilencedére csökkenti az egyetlen 38 visszavezetés mágneses erejéhez képest. A 38 visszavezetések a kerámia kisülőedénynek a lámpafejtől távolabbi végén csillag alakban összefutnak a fém átvezetéshez. A 38 visszavezetéseket az ultraibolya sugárzás árnyékolása végett kerámia 39 hüvelyek veszik körül.

Az 5. és 6. ábra szerinti lámpa higanymentes töltete InBr (2 mg) és T1J feszültséggradiens-képzőből áll, és fénykeltőként MHS 8-6 töltetet (5 mg) tartalmaz (lásd a 3. ábrát). Járulékosan 1 mg elemi indiumot adtunk hozzá. Kiderült ugyanis, hogy elemi fém hozzáadása tovább csökkenti a visszagyújtási csúcsfeszültséget. Az elektródtávolság 9 mm. A kisülési térfogat 0,3 cm³. Ebben a rendszerben részletesen vizsgáltuk a visszagyújtási csúcsfeszültséggel kapcsolatos viselkedést.

A 7. ábrán a lámpafeszültséget (V-ban) az idő (msban) függvényében ábrázoltuk. A lámpára 120 Hz frekvenciával vagy szinusz alakú váltakozó feszültséget (A jelű görbe), vagy négyszög alakú váltakozó feszültséget (B-E jelű görbék) adtunk. Az égési feszültség amplitúdója az első félhullámban körülbelül 65 V.

Látható, hogy az égési feszültségre az első, körülbelül -65 V-os félhullámban bázisértékként vonatkoztatandó visszagyújtási csúcsfeszültség a második félhullám elején szinuszüzemben (A jelű görbe) körülbelül +285 V-ot ér el. Az egész 350 V-os feszültségváltozás időtartama körülbelül 1400 ps attól az időponttól mérve, amelyben a lámpafeszültség az utolsó félperiódus bázisértékként (-65 V) szolgáló égési feszültségétől kezdve emelkedik. A másik félhullám erre pontosan tükörszimmetrikus.

Négyszögüzemben (B-E jelű görbék) egyrészt a visszagyújtási csúcsfeszültség jóval kisebb, másrészt az emelkedési idő jóval rövidebb. Ha a feszültségváltozás körülbelül 800 ps időközének megfelelő impulzusoldal-meredekséget választunk, akkor a visszagyújtási csúcsfeszültség körülbelül +183 V-nál van (B jelű görbe). Ha az impulzusoldal meredekségét a fél időtartamra növeljük (400 ps), akkor a visszagyújtási csúcsfeszültség + 143 V-ra csökken (C jelű görbe). Az időtartam további csökkentése 220 ps-ra +115 V-os visszagyújtási csúcsfeszültséghez vezet (D jelű görbe). Az impulzusoldal rendkívül rövid emelkedési ideje (50 ps) esetén a visszagyújtási csúcsfeszültség mindössze +75 V-ra csökken (E jelű görbe), és ezzel jelentéktelen mértékben a következő négyszögimpulzus bázisértéke felett van (+65 V üresjárati égési feszültséggel). Ezeket az értékeket elektronikusan mértük.

A megfelelő feszültségváltozási sebességek a 8. ábrából számíthatóak. Ezen az ábrán a visszagyújtási csúcsfeszültséget (V-ban) a feszültségváltozás ps-ban szereplő időtartamának függvényében adtuk meg. A feszültségváltozási sebesség számításakor figyelembe kell venni, hogy a csúcsfeszültség megadott mért értékéhez a vissza9

HU 221 394 Β1 gyújtási csúcsfeszültség tartományában még hozzá kell adni az égési feszültség (x-szel jelölt) bázisértékét (körülbelül -65 V) az előző félperiódusból. Míg az A jelű görbe szerinti viszonyok 0,25 V/ps feszültségváltozási sebességnek felelnek meg, addig ez az érték négyszögüzemben jóval nagyobb. 0,31 V/ps-ról (B jelű görbe) 0,52 V/ps-ra (C jelű görbe), majd 0,82 V/ps-ra (D jelű görbe) emelkedik. Az impulzusoldal rendkívüli meredeksége esetén 2,8 V/ps érhető el (E jelű görbe).

Claims

1. Világítórendszer, amely legalább 75 lm/W fényhasznosítású és legalább 75 színvisszaadási mutatóval rendelkező, higanymentes fémhalogenid lámpából és váltakozó feszültséget előállító előtétkészülékből áll, amely lámpának kerámia kisülőedénye van, amelybe az elektródok vákuumzáróan vannak bevezetve, azzal jellemezve, hogy a lámpa elektronikus előtétkészüléke a polaritásváltás közben legalább 0,3 V/ps, előnyös módon legalább 1 V/ps feszültségváltozási sebességű feszültségváltozást közvetít, és a töltet a következő összetevőket tartalmazza:

- egy puffergázt, amely indítógázként a lámpa gyújtását is előidézi,

- egy feszültséggradiens-képzőt, amely legalább egy könnyen elpárolgó fémhalogenidből áll és nagyobbrészt (több mint 50%-ban) biztosítja legalább 45 V/cm feszültséggradiens létrehozását, ami előnyös módon nagyjából megegyezik a higany feszültséggradiensével,

2. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a feszültséggradiens-képző egy fémjodid és/vagy fém-bromid, elsősorban legalább 0,5 bar üzemi töltőnyomással.

3. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a lámpa elektronikus előtétkészüléke négyszögáramú ellátást hoz létre.

4. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy az elektronikus előtétkészülék a teljesítményt üzemeltetés közben állandó értéken tartja.

5. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a feszültségváltozás időtartama egy polaritásváltás alatt olyan rövid, hogy a visszagyújtási csúcsfeszültség erősen el van nyomva, és ez az időtartam elsősorban 1000 ps-nál rövidebb, előnyös módon 100 ps-nál rövidebb.

6. Az 5. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a feszültségváltozás egy négyszögimpulzus oldalán valósul meg.

7. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy az indítógáz nemesgáz vagy nemezgázok keveréke 1 mbar minimális hideg töltőnyomással.

8. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a feszültséggradiens-képző az Al, Bi, Hf, In, Mg, Se, Sn, TI, Zr, Zn, Sb, Ga fém legalább egy halogenidje (fluorid kivételével).

9. Az 5. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a feszültséggradiens-képző mennyisége a kisülőedényben 1-200 pmol/cm³.

10. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy fénykeltők a Na, Pr, Nd, Ce, La, Dy, Ho, Ti, Se, Hf, Zr, Tm fémek legalább egyike vagy ennek egy vegyülete, elsősorban halogenidje.

11. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a fénykeltő mennyisége a kisülőedényben 1-30 mg/cm³.

12. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a töltet adalékokat, elsősorban kis gerjesztési, illetőleg ionizálási energiájú fémhalogenideket tartalmaz a lámpa villamos tulajdonságainak javítására és az ív hőmérsékletprofiljának befolyásolására.

13. A 12. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy az adalékok céziumot és esetleg lítiumot tartalmaznak (az utóbbit csak abban az esetben, amelyben a töltet nem tartalmaz nátriumot).

14. A 12. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy az adalékok aránya 5-50 mol% a fénykeltők arányához képest.

15. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a töltet elemi fémeket tartalmaz (feleslegben), amelyek a visszagyújtási csúcsfeszültségeket csökkentik, és ezek mennyisége különösen 1-10 mg/cm³.

16. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a töltet elemi tantált vagy indiumot tartalmaz.

17. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a kisülőedény (4) kerámiából készült.

18. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy elemi horganyt tartalmaz egy feszültséggradiens-képzőként.

19. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a lámpa teljesítménye maximálisan 250 W.

20. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a kisülőedényt (4) evakuált külső bura (1) veszi körül.

21. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a lámpa színhőmérséklete 2800 és 4600 K között van.

22. Az 1. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a lámpa színhőmérséklete körülbelül 5300 K.

23. Higanymentes fémhalogenid lámpa, amelynek legalább 75 lm/W fényhasznosítása és legalább 75 színvisszaadási mutatója van, és váltakozó feszültséget előállító előtétkészülékkel működik, amely legalább 0,3 V/ps feszültségváltozási sebességű polaritásváltást közvetít, és a lámpának van egy kisülőedénye, amelybe az elektródok vákuumzáróan vannak bevezetve, azzal jellemezve, hogy a töltet a következő összetevőket tartalmazza:

- egy puffergázt, amely indítógázként a lámpa gyújtását is előidézi,

- egy feszültséggradiens-képzőt, amely legalább egy könnyen elpárolgó fémhalogenidből áll és nagyobbrészt (több mint 50%-ban) biztosítja akkora feszült10

HU 221 394 Β1 séggradiens létrehozását, ami nagyjából megegyezik a higany feszültséggradiensével,

24. A 23. igénypont szerinti világítórendszer, azzal jellemezve, hogy a kisülőedény (21) egy egyik oldalon lapított külső burában (25) egy tartóállvány (23) révén van rögzítve, és a tartóállványban (23) van egy legalább kétfogású szimmetriával rendelkező visszavezetés (31, 38).

25. Higanymentes fémhalogenid lámpa, amely tartalmaz egy kisülőedényt (21), amelybe az elektródok vákuumzáróan vannak bevezetve, és a kisülőedény (21) egy egyik oldalon lapított külső burában (25) egy

5 tartóállvány (23) révén van rögzítve, azzal jellemezve, hogy a tartóállványban (23) van egy, legalább három, szimmetrikusan elrendezett visszavezetésből (38) álló visszavezető vezetőrendszer.