DE1789163C2 - Hochdrucklampe - Google Patents

Description

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 Aufrechterhalten einer Entladung unter Erzeugung von ultravioletter und sichtbarer Strahlungsenergie dient, einem AuBenkolben und gegebenenfalls einem auf diesem aufgebrachten Leuchtstoffbeiag.

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

s j herkömmliche Lichtquellen angegeben sind.

Lichtquelle

Farbton

ν ν

CRl

i-arblcmp.	UV-v.i:Krowalt/Lumen	Nah-UV
	Miliei-UV	254
5500	10,7	390
6500	18.5	535
75UO	27.9	30
4300	26	38
3100	19	51
3550	25	37
6700	15	40
4200	19	30
3000	14	956
(5690)	7S	361
(3800)	7	114)
(5700)	205	1018
4250	8,1	94
2100	0,2	40
2900	4,5	471
(4080)	547

Tageslicht 0,332 0,348

Tageslicht 0,313 0,329

Tageslicht 0.299 0.315

Leuchtstofflampe, kaltweiß 0,370 0,377

Leuchtstofflampe, warmweiß 0,430 0,406

Leuchtstofflampe, weiß 0,406 0.395

Leuchtstofflampe, Tageslicht 0.310 0,333

Leuchtstofflampe, Deluxe, 0,369 0,369

kaltweiß

Leuchtstofflampe, Deluxe, 0.434 0.400

warmweiß

400-W-Quecksilberdampr- 0.331 0.379 (22)

lampe, weiß

400-W-Quecksilberdampf- 0.412 0.450 (45) lampe, farbig

lOOÖ-W^Qiiecksilberdampf- 0,330 0,380 (20) lampen weiß

MetallhalogeFiidlampc 0,373 0,385

Ilöchdruck-Nalfiürrilarhpc 0,495 0,385

tOO-W'Giühlampe 0,445 0,407

Höhensonne 0,409 U,495

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 natüiiichen Tageslichts, der zwischen 290 und 320 Nanometer liegt;

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

LTV-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 Temperatur!'jrve lür einen schwarzen Körper extrapoliert

Die Werte in der Tabelle I gelten für handelsübliche Lampen. Infolge der Herstellungs- und Materiaitoleranzen 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 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 L.cht 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-ifJ 27 48 303 eine Quecksilberdampf- Hochdruckentladungslampe bekannt, deren grundsätzlicher Aufbau mit dem der eingangs beschriebenen Hochdrucklampe übereinstimmt Auf der Innenseite des Außenkolbens ist ein Leuchtstüffbelag mit einem Leuchtstoff aufgebracht, der manganaktiviertes Magnesiumfliiorogermanat 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 schalen, 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

ίο 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 etw* 150 bis 700 Mikrowatt Nahultraviolettstrahlung >>fu 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 Aubenkolben abgegebenen sichtbaren Lichts etwa denselben Anteil wie im natürlichen Tageslicht entsprechender Farbtemperatur aufweist

jo 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 Nahu'traviolettbereich (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 breiten 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

bo Lichts zu bringen Nach einer Ausführungsform der Erfindung ksnn man dies dadurch erreichen, daß man die Schichtdicke eines ultravioletten Absorbers, beispielsweise eines manganaktivierten Magviesi'umfluorogermanat^Leuchtstoffs, derart wählt, daß der Leuchtstoff nur etwa 15% der MittelultravioleUstrahlung und nur etwa 30% del' f ^ultraviolettstrahlung durchläßt Dadurch wird erreicht, daß ein genau ausgewogener, vorherbestimmter Anteil def Mittel- und Nahultravio-

' ι I

lettstrahlüng durchgelassen wird, so daß die Strahlungs* verteilung 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 Nahultravioleltbereich pro Lumen ausgestrahlten sichtbaren Lichts zu erzielen. Auf diese Weise erreicht man eine sehr gute Anpassung dieser Lampe im Ültraviolettbereich 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 Lichtbogenröhrchen 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 Leuchtstoffteilchen können dichter auf der Oberfläche aufgebracht werden als große, so daß bereits ein dünner Überzug 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 Dampfarten 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

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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, Wohnuwgen, Büroräumen usw. angebracht sind.

Der Durchlaßgrad des Glaskolbens wird beispielsweise durch die Art" seiher J 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 CRl 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 ίο Mikrowatt pro Lumen ausgestrahlten sichtbaren Lichts; Verhältnis der Nahullraviolettstrahlung zur Mittclultraviolettstrahlung von 8 bis 40.

Diese Betriebsbereiche sind für die einzelnen Parameter aus folgenden Gründen ausgewählt Für eine als Allzweck-Iichtquelle 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 Sirahiungsieisiung vun θ bis 30 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 Bd 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, Hem Iirht Hflr I-amne ausgesetzt ist wenieer als eine MPE-Einheit (Minimum Perceptible Erythema = minimal wahrnehmbare Hautrötungseinheit) erhalten; das ist gerade diejenige ultraviolette Energiemenge, die notwendig ist, um eine nicht sonnengebräunte, durchschnittlich 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 dnem 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 ionisterbares 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 Miicrowati 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 Farbcemperatur 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