DE1789163B1 - Hochdrucklampe - Google Patents

Description

Lichtquelle	Farbton	y	CRI	Farbtemp.	UV-Mikrowatt/Lumen	Nah-UV
	X	0,348		0K	Mittel-UV	254
Tageslicht	0,332	0,329	100	5500	10,7	390
Tageslicht	0,313	0,315	100	6500	18,5	535
Tageslicht	0,299	0,377	100	7500	27,9	30
Leuchtstofflampe, kaltweiß	0,370	0,406	66	4300	26	38
Leuchtstofflampe, warm weiß	0,430	0,395	54	3100	19	51
Leuchtstofflampe, weiß	0,406	0,333	59	3550	25	37
Leuchtstofflampe, Tageslicht	0,310	0,369	75	6700	15	40
Leuchtstofflampe, Deluxe, kaltweiß	0,369	0,400	86	4200	19	30
Leuchtstofflampe, Deluxe, warmweiß	0,434	0,379	77	3000	14	956
400-W-Quecksilberdampf- lampe, weiß	0,331	0,450	(22)	(5690)	75	361
400-W-Quecksilberdampf- lampe, farbig	0,412	0,380	(45)	(3800)	7	114!
lüOO-W-Quecksilberdampf- larnpe, weiß	0,330	0,385	(20)	(5700)	205	1018
Metallhalogcnidlampe	0,373	0,385	44	4250	8,1	94
I iochdruck-Natriumlampe	0.495	0,407	18	2100	0,2	40
100-W-Glühlampe	0.445	0,495	98	2900	4,5	471
Höhensonne	0,409	—	(4080)	547

COPY

Für die Tabelle I gelten die folgenden Definitionen:

χ und y sind die Koordinaten des genormten Farbtondiagramms der »International Commission on Illumination« (ICI), die auch als »Commission Internationale de l'Eclairage« (CIE) bekannt ist; CRI ist der von der CIE eingeführte, sogenannte Farbwiedergabeindex, der die Farbeigenschaften einer Lichtquelle bezogen auf die entsprechende Farbtemperatur eines schwarzen Strahlers oder natürlichen Tageslichts mißt. Die Zahl 100 entspricht dabei dem Bezugswert für einen schwarzen Körper oder Tageslicht. Je dichter der CRI-Wert bei 100 liegt, um so genauer ist die Übereinstimmung der Lichtquelle mit dem Tageslicht.

Mittleres-UV ist derjenige Teil im ultravioletten Spektralbereich des natürlichen Tageslichts, der zwisehen 290 und 320 Nanometer liegt;

Nah-UV ist derjenige Teil im ultravioletten Spektralbereich des natürlichen Tageslichts, der zwischen 320 und 380 Nanometer liegt;

UV-Mikrowatt pro Lumen ist die ultraviolette Strahlungsleistung pro Lumen ausgestrahlten Lichts.

Die in der Tabelle I in Klammern angegebenen Werte sind geschätzt und mittels der Temperaturkurve für einen schwarzen Körper extrapoliert.

Die Werte in der Tabelle I gelten für handelsübliche Lampen. Infolge der Herstellungs- und Materialtoleranzen können bei den tatsächlichen Lampen geringe Abweichungen von den angegebenen Werten auftreten.

Wie man der Tabelle I entnehmen kann, stimmt keine der bekannten Allzwecklampen mit dem natürlichen jo Tageslicht überein. So stimmt die sogenannte Tageslicht-Leuchtstofflampe, aus deren Bezeichnung man an eine Anpassung an das Tageslicht schließt, lediglich hinsichtlich der Farbtemperatur mit dem Tageslicht überein. Der Farbton weicht hingegen von demjenigen des Tageslichts ab. Der Farbwiedergabeindex CRI der Tageslicht-Leuchtstofflampe beträgt lediglich 75 gegenüber 100 für natürliches Licht. Die Energie im Nahultraviolettbereich beträgt nur 37 Mikrowatt pro Lumen oder nur ein Zehntel des Wertes vom natürlichen Licht. Die übrigen in der Tabelle angeführten Lichtquellen haben eine niedrige Farbtemperatur, einen geringen Farbwiedergabeindex CRI oder eine äußerst geringe oder sehr hohe ultraviolette Lichtleistung im Vergleich zu natürlichem Licht.

In Ergänzung zu dem aus der Tabelle I bekannten Stand der Technik ist aus der US-PS 27 48 303 eine Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe bekannt, deren grundsätzlicher Aufbau mit dem der eingangs beschriebenen Hochdrucklampe übereinstimmt. Auf der Innenseite des Außenkolbens ist ein Leuchtstoffbelag mit einem Leuchtstoff aufgebracht, der manganaktiviertes Magnesiumfluorogermanat enthält. Bei dieser bekannten Hochdrucklampe ist die Gesamtanordnung so getroffen, daß der gesamte Ultraviolettbereich absorbiert wird und eine möglichst große Umwandlung der in diesem Bereich auftretenden Strahlung in eine Rotlumineszenzstrahlung erreicht wird. Weiterhin wird zum Stand der Technik auf die US-PS 28 51 425 verwiesen, aus der ein manganaktivierter Magnesiumzinkfluorogermanat-Leuchtstoff bekannt ist, der ebenfalls dazu verwendet wird, um eine Hochdrucklampe zu schaffen, die eine hohe Rotlumineszenzstrahlung aufweist.

Ohne Beachtung der gesamten spektralen Verteilung des natürlichen Tageslichts hat man also bisher versucht, in Abhängigkeit von dem betreffenden Anwendungszweck Lampen zu schaffen, die einen oder mehrere Bereiche des gesamten Strahlungsspektrums des natürlichen Lichts auf Kosten von anderen Bereichen überbetonen, um beispielsweise eine maximale Ausbeute an sichtbarem Licht, an ultravioletter Strahlung oder Rotlicht zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine an das natürliche Tageslicht angepaßte Allzwecklampe zu schaffen, die auch im Nah- und Millelultraviolettbereich eine an das Tageslicht angepaßte Strahlungsleistung aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die eingangs beschriebene Hochdrucklampe nach der Erfindung dadurch aus, daß das ionisierbare Medium und der gegebenenfalls vorhandene Leuchtstoff derart ausgewählt sind sowie der Außenkolben einen solchen Transmissionsgrad aufweist, daß die im Bereich des sichtbaren Spektrums durch den Außenkolben abgegebene Strahlung einen Farbwiedergabeindex CRI von mindestens 50 aufweist, daß durch den Außenkolben pro Lumen sichtbaren Lichts etwa 6 bis 50 Mikrowatt Mittelultraviolettstrahlung und etwa 150 bis 700 Mikrowatt Nahultraviolettstrahlung bei einem Strahlungsverhältnis der Nahultraviolettstrahlung zur Mittelultraviolettstrahlung von etwa 8 bis 40 abgegeben werden, und daß die durch den Außenkolben abgegebene ultraviolette Gesamtstrahlung pro Lumen des durch den Außenkolben abgegebenen sichtbaren Lichts etwa denselben Anteil wie im natürlichen Tageslicht entsprechender Farbtemperatur aufweist.

Der eine Abkehr von den eingebürgerten Lampenarten darstellende Erfindungsgegenstand zeichnet sich somit dadurch aus, daß er im Nah- und Mittelultraviolettbereich eine an das Tageslicht angepaßte Strahlungsleistung aufweist und bei einem hinreichend guten Farbwiedergabeindex eine für allgemeine Beleuchtungszwecke ausreichende Strahlungsleistung abgibt. Der Spektralbereich der erfindungsgemäßen Lampe ist derart gewählt, daß das von der Lampe erzeugte Licht dem Farbton des Tageslichts angeglichen ist.

Die nach der Erfindung ausgebildete Lampe weist daher Eigenschaften auf, die den Anforderungen an eine gute Lichtquelle genügen, und zeichnet sich gleichzeitig dadurch aus, daß die Strahlungsleistung im Mittelultraviolettbereich (290 bis 320 nm) und im Nahultraviolettbereich (320 bis 380 nm) der Strahlungsleistung des Tageslichts angepaßt ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Lampe sind durch Unteransprüche gekennzeichnet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.

Bei der in der Figur als Ausführungsbeispiel, teilweise im Schnitt dargestellten Bogenentladungslampe handelt es sich um eine Quecksilberdampflampe, der ein breites Anwendungsgebiet zukommt und die für allgemeine Zwecke benutzt werden kann. Bei Hochdruck-Quecksilberlampen kann man beispielsweise mit Hilfe von subtraktiven Filtern wahlweise die Ultraviolettstrahlung vermindern, um auf diese Weise die ultraviolette Strahlung pro Lumen in den Bereich des natürlichen Lichts zu bringen. Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann man dies dadurch erreichen, daß man die Schichtdicke eines ultravioletten Absorbers, beispielsweise eines manganaktivierten Magnesiumfluorogermanat-Leuchtstoffs, derart wählt, daß der Leuchtstoff nur etwa 15% der Mittelultraviolettstrahlung und nur etwa 30% der Nahultraviolettstrahlung durchläßt. Dadurch wird erreicht, daß ein genau ausgewogener, vorherbestimmter Anteil der Mittel- und Nahultravio-

lettstrahlung durchgelassen wird, so daß die Strahlungsverteilung der Lampe mit der Strahlungsverteilung von natürlichem Licht möglichst gut übereinstimmt Durch passende Wahl des Überzugs ist es bei einer derartigen Lampe möglich, eine ultraviolette Emissionsstrahlung von etwa 16 Mikrowatt im Mittelultraviolettbereich und von 280 Mikrowatt im Nahultraviolettbereich pro Lumen ausgestrahlten sichtbaren Lichts zu erzielen. Auf diese Weise erreicht man eine sehr gute Anpassung dieser Lampe im Ultraviolettbereich an natürliches Tageslicht. Die ausgestrahlte Lichtleistung einer derart abgeänderten Quecksilberdampflampe beträgt etwa 50 Lumen pro Watt.

Die in ihrem grundsätzlichen Aufbau herkömmliche Lampe hat einen Kolben 40 mit einem Schraubsockel 42, an dem mittels einer Halterung 47 ein Lichtbogenröhrchen 44 befestigt ist. Zuführungsdrähte 46 und 48 verbinden die Elektroden 50 und 52 des Lichtbogenröhrchens 44 mit den elektrischen Anschlüssen am Sockel. Das Iichtbogenröhrchen enthält eine gewisse Menge Quecksilber, das zur Erzeugung von Licht ionisiert ist. Die Innenwand des Kolbens 40 ist mit einem ultraviolette Strahlung absorbierenden Leuchtstoff 49 überzogen, der die Zusammensetzung des oben beschriebenen absorbierenden Leuchtstoffs hat. Die Stärke des Leuchtstoffüberzugs hängt von der Teilchengröße des Leuchtstoffs ab. Kleine oder feine Leuchtstoff teilchen können dichter auf der Oberfläche aufgebracht werden als große, so daß bereits ein dünner Oberzug die gewünschte Absorption bewirkt.

Hochdruck-Natrium- und Metallhalogenid-Quecksilberdampflampen kann man ebenfalls durch Verwendung von ultraviolettstrahlenden Leuchtstoffen am Außenkolben und bzw. oder durch Verwendung von anderen Dampf arten im Lichtbogen selbst derart berichtigen, daß sie in den gewünschten Bereichen ultraviolette Strahlung abgeben, um das natürliche Tageslicht nachzubilden. Derartige Lampen mit einem angepaßten oder ausgewogenen Verhältnis von ultravioletter zu sichtbarer Strahlung sind aber keine besonders guten Lichtquellen, da sie einen niedrigen Farbwiedergabeindex GRI und ein diskontinuierliches Spektrum haben.

Die dargestellte Lampe erzeugt im Mittel und Nahultraviolettbereich eine mit dem natürlichen Tageslicht vergleichbare ultraviolette Strahlungsmenge pro Lumen und liefert gleichzeitig einen Lichtstrom mit einem hinreichend guten Farbton, so daß die Lampe als Allzweck-Lichtquelle benutzt werden kann, beispielsweise anstelle der üblichen Lampen, die in Fabriken, Schulen, Wohnungen, Büroräumen usw. angebracht sind.

Der Durchlaßgrad des Glaskolbens wird beispielsweise durch die Art seiner Bestandteile und seiner Stärke und bzw. oder durch die Art der Leuchtstoffmischungen sowie durch andere Faktoren, beispielsweise durch die Auswahl des zur Lichtbogenerzeugung benutzten Materials, derart gewählt, daß eine Lampe mit folgenden Eigenschaften entsteht:

Farbwiedergabeindex CRI von etwa 50 oder größer; Ausstrahlung im Mittelultraviolettbereich von 6 bis 50 Mikrowatt pro Lumen ausgestrahlten sichtbaren Lichts; Ausstrahlung im Nahultraviolettbereich von 150 bis 700 Mikrowatt pro Lumen ausgestrahlten sichtbaren Lichts; Verhältnis der Nahultraviolettstrahlung zur Mittelultraviolettstrahlung von 8 bis 40.

Diese Betriebsbereiche sind für die einzelnen Parameter aus folgenden Gründen ausgewählt. Für eine als Allzweck-Lichtquelle benutzte Lampe wird vorzugsweise ein Farbwiedergabeindex CRI von mindestens 50 angestrebt, da unterhalb dieses Wertes die Farbwiedergabe schlecht ist, so daß die Farben nicht erkannt werden können. Eine Strahlungsleistung von 6 bis 50 Mikrowatt im Mittelultraviolettbereich und von 150 bis 700 Mikrowatt im Nahultraviolettbereich pro Lumen ausgestrahlten sichtbaren Lichts und ein Verhältnis von Nahultraviolettstrahlung zu Mittelultraviolettstrahlung von 8 bis 40 sind deswegen erwünscht weil mit diesen Werten die normale Farbtemperatur von natürlichem Tageslicht zwischen 5000° Kelvin und 8000° Kelvin erreicht wird, die für Beleuchtungszwecke gut geeignet ist. Bei einer zu großen Abweichung von diesen Farbtemperaturen würde das von einer solchen Lampe ausgestrahlte Licht eine für Allzwecklampen nicht geeignete Farbe aufweisen. Die Farbtemperatur von natürlichem Tageslicht ändert sich in Abhängigkeit von äußeren Faktoren, wie von den Jahreszeiten, und es ist daher nicht möglich, sich auf eine einzige Farbtemperatur festzulegen.

Die Beschränkung der ultravioletten Energie auf die oben angegebenen Bereiche ist auch deswegen erwünscht, um eine Rötung der Haut durch die Strahlung der Lampe zu vermeiden. Vorzugsweise soll eine Person, die während einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise während eines 8-Stunden-Arbeitstages, dem Licht der Lampe ausgesetzt ist, weniger als eine MPE-Einheit (Minimum Perceptible Erythema = minimal wahrnehmbare Hautrötungseinheit) erhalten; das ist gerade diejenige ultraviolette Energiemenge, die notwendig ist, um eine nicht sonnengebräunte, durch- ^ schnittlich empfindliche Haut kaum merkbar zu röten. Eine Person, die bei einer Beleuchtungsstärke von etwa 1000 Lux (das ist die durchschnittliche Beleuchtungsstärke in einem Büroraum) dem licht der oben beschriebenen Lampe mit 5500° Kelvin und mit einem Farbwiedergabeindex CRI von 91 während acht Stunden ausgesetzt ist, empfängt etwa ein Drittel der MPE-Einheit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hochdrucklampe mit einem ein ionisierbares Medium enthaltenden Entladungsgefäß, einem darin befindlichen und an eine Spannungsquelle anschließbaren Elektrodenpaar, das in Zusammenarbeit mit dem ionisierbaren Medium zur Aufrechterhaltung einer Entladung unter Erzeugung von ultravioletter und sichtbarer Strahlungsenergie dient, einem Außenkolben und gegebenenfalls einem auf diesem aufgebrachten Leuchtstoffbelag, dadurch gekennzeichnet, daß das ionisierbare Medium und der gegebenenfalls vorhandene Leuchtstoff (49) derart ausgewählt sind sowie der Außenkolben (40) einen solchen Transmissionsgrad aufweist, daß die im Bereich des sichtbaren Spektrums durch den Außenkolben abgegebene Strahlung einen Farbwiedergabeindex CRI von mindestens 50 aufweist, daß durch den Außenkolben pro Lumen sichtbaren Lichts etwa 6 bis 50 Mikrowatt Mittelultraviolettstrahlung und etwa 150 bis 700 Mikrowatt Nahultraviolettstrahlung bei einem Strahlungsverhältnis der Nahultraviolettstrahlung zur Mittelultraviolettstrahlung von etwa 8 bis 40 abgegeben werden, und daß die durch den Außenkolben abgegebene ultraviolette Gesamtstrahlung pro Lumen des durch den Außenkolben abgegebenen sichtbaren Lichts etwa denselben Anteil wie im natürlichen Tageslicht entsprechender Farbtemperatur aufweist.

2. Hochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ionisierbare Medium Quecksilber ist.

3. Hochdrucklampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoffbelag einen Leuchtstoff (49) mit manganaktiviertem Magnesiumfluorogermanat enthält.

4. Hochdrucklampe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenkolben (40) einen beträchtlichen Anteil der erzeugten ultravioletten Strahlungsenergie absperrt

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdrucklampe mit einem ein ionisierbares Medium enthaltenden Entladungsgefäß, einem darin befindlichen und an eine Spannungsquelle anschließbaren Elektrodenpaar, das in Zusammenarbeit mit dem ionisierbaren Medium zur Aufrechterhaltung einer Entladung unter Erzeugung von ultravioletter und sichtbarer Strahlungsenergie dient, einem Außenkolben und gegebenenfalls einem auf diesem aufgebrachten Leuchtstoffbelag. Es ist bekannt, daß die derzeitigen Lampen, die für

Tabelle I

allgemeine Zwecke verwendet werden sollen, im Vergleich zu natürlichem Tageslicht stark verzerrte Spektren sowohl im sichtbaren als auch im ultravioletten Wellenlängenbereich haben. Dies wird an Hand der folgenden Tabelle I belegt, in der die Werte für den Farbton, den Farbwiedergabeindex CRI, die Farbtemperatur und die ultraviolette Strahlungsleistung in Mikrowatt pro Lumen ausgestrahlten Lichts für

3^r) herkömmliche Lichtquellen angegeben sind.