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DE20119231U1 - Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe - Google Patents

Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe

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Publication number
DE20119231U1
DE20119231U1 DE20119231U DE20119231U DE20119231U1 DE 20119231 U1 DE20119231 U1 DE 20119231U1 DE 20119231 U DE20119231 U DE 20119231U DE 20119231 U DE20119231 U DE 20119231U DE 20119231 U1 DE20119231 U1 DE 20119231U1
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DE
Germany
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pressure discharge
discharge lamp
lamp according
lamp
color
Prior art date
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Application number
DE20119231U
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English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/12Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/125Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having an halogenide as principal component
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/84Lamps with discharge constricted by high pressure
    • H01J61/86Lamps with discharge constricted by high pressure with discharge additionally constricted by close spacing of electrodes, e.g. for optical projection

Landscapes

  • Discharge Lamp (AREA)

Description

Patent-Treuhand-Gesellschaft
für elektrische Glühlampen mbH., München
Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen, die einseitig gesockelt sind. Diese Lampen sind gedacht für fotooptische Zwecke, insbesondere für die Film- und TV-Aufnahmetechnik.
Stand der Technik
Aus der EP-B 702 394 ist bereits eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe geringer Leistung mit guter Farbwiedergabe und einer Farbtemperatur im Bereich 4000 bis 7000 K bekannt. Das Entladungsgefäß ist in einem Außenkolben gehaltert. Diese Lampe wird mit Wechselstrom betrieben. Nachteilig an Wechselstrom betriebenen Lampen ist allerdings, dass sie mit einem schweren und komplizierten EVG betrieben werden müssen. Des weiteren weisen sie eine geringe Leuchtdichte auf aufgrund des relativ großen Elektrodenabstands.
In der EP-B 605 248 ist eine Metallhalogenidlampe beschreiben, die eine Füllung mit Hg, Inertgas und Metallhalogeniden, darunter Metallbromiden, für den DC-Betrieb verwendet. Die Metallhalogenide stammen aus der GruppeDy, In Tl, Cs, Nd und Sn. Damit wird eine Farbtemperatur von 7500 K bei einer spezifischen Belastung von 180 W/5 mm, also 36 W/mm erreicht.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckentiadungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine möglichst hohe Leuchtdichte aufweist.
-2-
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen für fotooptische Zwecke sind erfindungsgemäß mit elektrischen Zuführungen und mit einem einseitig gesockelten Außenkolben ausgestattet, in dem ein Entladungsgefäß mit zwei Elektroden gehaltert ist, das eine ionisierbare Füllung enthält, wobei die Lampe eine Farbwiedergabe von Ra >85 aufweist und eine Farbtemperatur im Bereich 5000 bis 7000 K zeigt. Die Lampe ist für den Betrieb mit Gleichstrom ausgelegt und besitzt eine spezifische Leistung von mindestens 100 W/mm. Mit spezifischer Leistung ist das Verhältnis Nennleistung zu Elektrodenabstand gemeint. Dies bedeutet, dass der Abstand der Elektroden, die als Kathode und Anode ausgelegt sind, sehr gering ist. Beispielsweise beträgt er bei 600 W Nennleistung nur 5 mm im Vergleich zu einer entsprechenden mit Wechselstrom betriebenen Lampe, deren Elektrodenabstand 7 mm beträgt. Dadurch kann die Leuchtdichte erheblich gesteigert werden. Für fotooptisehe Zwecke ist ein möglichst geringer Elektrodenabstand erwünscht der bei kleinen Leistungen bei höchstens 5 mm gehalten werden kann. Die einseitige Sockelung und der Außenkolben machen die Lampe besonders servicefreundlich. Die Gleichstromtechnologie ermöglicht einen lärmarmen Betrieb. Das System aus Lampe und zugehörigem EVG ist deutlich billiger als vergleichbare Wechselstrom-Systeme.
Dadurch dass vorteilhaft der Außenkolben mit einem UV-absorbierenden Mittel (wie an sich bekannt handelt es sich dabei beispielsweise um eine Beschichtung oder eine Dotierung des Glases) ausgestattet ist, wird eine UV-Belastung der Umgebung vermieden und die thermische Bilanz verbessert. Der Außenkolben ist außerdem für die Farbwiedergabe, den Farbort und die Brennlagenunabhängigkeit von Bedeutung. Derartige Lampen zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Lebensdauer aus, die mindestens 750 h beträgt.
Dieses Konzept eignet sich hervorragend für Lampen, die eine Leistung von höchstens 1500 W besitzen. Mit einfachen, an sich bekannten Mitteln lässt sich eine derartige Lampe heißzündfähig gestalten. Dies geschieht durch eine geeignete Isolierung im Sockel, evtl. in Verbindung mit Vakuum im Außenkolben. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Schutzrohres im Außenkolben.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Lampe verwendet eine Füllung, die so ausgelegt ist, dass der Farbort der Lampe unterhalb der Daylight-Kurve u/o unterhalb der Planckkurve liegt. Ein derartiger Farbort ist für fotooptische Zwecke besonders wünschenswert. Dies gilt vor allem für die Anwendung bei Film- und TV-Aufnahmen. Insbesondere liegt der Farbort der Lampe in einem Bereich, der innerhalb einer MacAdamellipse mit 6 SWE (Schwellwerteinheiten) um den Punkt x=0,323; y=0,325 liegt.
Eine Realisierung dieses Farborts kann durch bekannte Füllungen mit Indium und Zink erreicht werden. Vorteilhaft wird jedoch eine Füllung verwendet, die als wesentliche Bestandteile Sn, mindestens ein Selten-Erdmetall, In sowie mindestens ein Halogen (vorteilhaft Jod u/o Brom) enthält. Als Seltenerdmetall hat sich Dy als besonders geeignet erwiesen, aber auch Ho und Nd zeigen gute Ergebnisse allein oder in Verbindung mit Dy. Bis zu 50 % des Dy bzw. eines anderen Selten-Erdmetalls kann durch Y u/o Hf ersetzt werden, um eine bessere Maintenance zu erreichen. Diese Füllung kann auch für andere Typen von Lampen verwendet werden. Eine gut geeignete Füllung zeichnet sich insbesondere durch ein Verhältnis Sn zu SE aus, das größer 1 ist.
Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele naher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 eine Metallhalogenidlampe, teilweise im Schnitt
Figur 2 ein Farbdiagramm einer derartigen Lampe
Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 1 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen einseitig gesockelten Hochdruckentladungslampe dargestellt. Bei der hier im Ausführungsbeispiel beschriebenen Hochdruckentladungslampe handelt es sich um eine Metallhalogenidlampe für fotooptische Zwecke mit einer Leistungsaufnahme von 600 W.
Die Hochdruckentladungslampe besitzt ein zweiseitig verschlossenes Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas, in dem ein ionisierbares Füllgas und zwei Elektroden 2 eingeschlossen sind. Das Füllgas enthält Quecksilber, Edelgas (Ar) und Metallhalogenide.
Das Entladungsgefäß 1 wird mittels eines zweiteiligen Gestells 3, 4 in einem einseitig verschlossenen Außenkolben 5 gehaltert. Der Außenkolben 5 ist im wesentlichen axialsymmetrisch. Sein sockelnahes Ende 6 ist in einem Keramiksockel 7 eingekittet. Der Sockel 7 besitzt eine Hochspannungsfestigkeit von mehr als 10 kV.
Ein langer Gestellbügel .3 läuft am Entladungsgefäß 1 entlang zum sockelfernen, kuppeiförmigen Ende 8 des Außenkolbens und ist dort mit einer Stromzuführung 9, die aus dem Entladungsgefäß axial herausgeführt ist, verbunden.
In ähnlicher Weise ist auch ein kurzer Gestellbügel 4, der parallel zum langen Bügel 3 angeordnet ist, im Sockel 7 gehaltert. Der Bügel 4 ist mit der aus dem sockelnahen Ende 6 des Entladungsgefäßes herausgeführten Stromzuführung 10 verbunden.
Die Brennspannung der Lampe beträgt 55 V bei einem Betriebsstrom von 11 A. Die Lichtausbeute ist 82 Im/W, die Farbtemperatur ist ca. 6000 K? der Ra liegt bei mehr als 85. Der Durchmesser des Außenkolbens aus Quarzglas ist < 30 mm. Dem
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-5-
Quarzglas sind Oxide des Ce u/o Ti beigemischt um eine hohe UV-Absorption zu erzielen, wie an sich bekannt. Die Brennstellung ist horizontal mit zulässiger Abweichung bis zu 45°. Einige Betriebsdaten sind im folgenden zusammengefasst:
Elektrodenabstand 5 mm
Kolbenvolumen 3,0 ml
Leistung 600W
Lichtstrom mindestens 45 000 Im,
Ra mindestens 85
Lebensdauer ca. 1000h
Farbtemperatur 5600 bis 6000K
Farbort Variabel je nach Füllung
Hg 66 mg
Ar 350 hPa
Die Metallhalogenid-Füllung verwendet die Metalle Sn, mindestens ein Seltenerdmetall SE, und In.
Als Halogene kommen vorwiegend J und Br zum Einsatz. Das molare Verhältnis J zu Br liegt insgesamt zwischen 0,1 und 1 (incl. HgBr2), vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,6. Als seltene Erde wird vorzugsweise Dy verwendet. Die Verwendung von HgBr2 hat den Vorteil, dass die Füllung einfacher herstellbar und weniger empfindlich ist. Denn Bromide der Metallhalogenide sind hygroskopisch und schwer herzustellen. Sie erfordern daher den Einsatz einer Glovebox.
Für die molaren Mengen m gilt insbesondere die Relation:
Menge Sn größer als Menge SE größer als Menge In, also mSn>mSE>min.
Insbesondere kann max. 50 mol % (vorteilhaft 20 bis 50 %) der SE-Menge durch Y ersetzt werden. Dessen Vorteil ist die geringere Entglasung während der Lebensdauer (bzw. eine höhere Lebensdauer), der Nachteil einer Y-Zugabe liegt in dem geringfügig höheren y-Wert und geringfügig schlechteren Ra.
Als Zusatz kann max. 1 &mgr;&igr;&eegr;&ogr;&Igr; pro ml Kolbenvolumen an Cs- und/oder K-Halogenid zugefügt werden. Vorteilhaft, insbesondere für Cs, ist der weichere, also diffusere Bogenansatz, was zu einem geringeren Kathodenrückbrand während der Lebens-
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-6-
dauer führt. Nachteilig ist der um ca. 10 % geringere Lichtstrom infolge der Emission von Cs im Infrarot bzw. von K im langwelligen roten Spektralbereich.
Konkrete Beispiele von Füllungen sind:
Ausführungsbeispiel 1:
0,12 mg InJ1 2,9 mg HgBr2, 1,2 mg SnJ2, 0,23 mg Dy, 0,10 mg Y Farbort x=0,323, y=0,329, Ra= 86, Lichtstrom 49 klm
Ausführungsbeispiel 2 :
0,20 mg InJ, 2,9 mg HgBr2, 1,2 mg SnJ2, 0,40 mg Dy Farbort: x=0,323,y=0,325, Ra= 90, Lichtstrom 50 klm
Ausführungsbeispiel 3 :
0,12 mg InJ1 2,9 mg HgBr2, 1,2 mg SnJ2, 0,15 mg KBr (oder 0,27 mg CsBr, bzw. eine Mischung KBrCsBr), 0,40 mg Dy. Es sei angemerkt, dass Cs und K in beliebigem Verhältnis gemischt werden können, vorteilhaft unter Beachtung der Maßgabe, dass die molare Menge Cs +K< 1&mgr;&eegr;&tgr;&igr;&ogr;&Igr;/&Ggr;&eegr;&Igr;. Im Hinblick auf die Farbwiedergabe ist KBr besonders geeignet, weil seine Emission im roten Spektralbereich liegt, und damit das Spektrum auffüllt, während dies Emission des Cs im Infraroten liegt und somit keinen Beitrag leisten kann.
Farbort: x=0,331, y=0,331, Ra= 90, Lichtstrom 45 klm
Ausführungsbeispiel 4 :
0,13 mg InJ, 2,8 mg HgBr2, 1,0 mg ZnJ2, 0,18 mg LiBr, 0,12 mg TIBr, und 0,40 mg Dy.
Farbort: x=0,323, y=0,329, Ra= 90, Lichtstrom 45 klm.
Fig. 2 zeigt den Farbort für das Ausführungsbeispiel 2 mit der zugehörigen MacA-dam-Ellipse einschließlich der 6 SWE. Des weiteren ist die Daylight und Planckkurve mit eingezeichnet.
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-7-
Einen Vergleich zu anderen Lampentypen, die aber mit Wechselstrom betrieben werden zeigt die nachfolgende Tabelle 1.
Tab. 1
Merkmal HMIDC HMIAC HTIAC
Elektrodenabstand 5 mm 7 mm 3 mm
Kolbenvolumen 2,5 ml 3 ml 0,85 ml
Leistung 600W 575 W 400W
Spez. Leistung 120 W/mm 82 W/mm 133 W/mm
Lichtstrom 49klm 49klm 29klm
Farbwiedergabe Ra >85 >85 ca. 80
Lebensdauer 1000 h 1000 h 500 h
Farbtemperatur 6000K 6000K 5800K
Farbort x/y 0,323/0,325 0,323/0,325 0,326/0,340
Im Vergleich zu Kurzbogenlampen (HTI), die ebenfalls mit Wechselstrom betrieben werden (AC) mit kleinem Volumen zeigen die erfindungsgemäßen Mittelbogenlampen (HMI) einen Farbort unterhalb der Daylight- bzw. Planckkurve. Typisch ist ein deutlich höherer Lichtstrom von mindestens 40 klm bei einem deutlich höheren Volumen von wenigstens 2 ml. Auch die Lebensdauer ist deutlich höher (mindestens 750 h). Die Lichtausbeute beträgt dabei mindestens 72 Im/W.

Claims (10)

1. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe für fotooptische Zwecke mit einem einseitig gesockelten Außenkolben (5), in dem ein Entladungsgefäß (1) mit zwei Elektroden (2) mit elektrischen Zuführungen (3, 4, 9, 10) gehaltert ist, das eine ionisierbare Füllung enthält, wobei die Lampe eine Farbwiedergabe von Ra > 85 aufweist und eine Farbtemperatur im Bereich 5000 bis 7000 K zeigt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe für den Betrieb mit Gleichstrom ausgelegt ist und eine spezifische Leistung von mindestens 100 W/mm besitzt.
2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenkolben (5) mit einem UV-absorbierenden Mittel ausgestattet ist.
3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe eine Leistung von höchstens 1500 W besitzt, bei einem Kolbenvolumen von mindestens 2 ml.
4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe heißzündfähig ist.
5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Farbort der Lampe unterhalb der Daylight-Kurve u/o unterhalb der Planckkurve liegt.
6. . Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbort der Lampe in einem Bereich liegt, der innerhalb einer MacAdamellipse mit 6 SWE um den Punkt x = 0,323; y = 0,325 liegt.
7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung Halogenide von Sn und In enthält.
8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung zusätzlich mindestens ein Selten-Erdmetall, insbesondere Dy, enthält.
9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lebensdauer der Lampe mindestens 750 h beträgt bei einer Lichtausbeute von mindestens 72 lm/W.
10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu 50% des Seltenerdmetalls durch Y und/oder Hf ersetzt ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004019185A1 (de) * 2004-04-16 2005-11-10 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Hochdruckentladungslampe
US10366874B2 (en) 2016-08-22 2019-07-30 Osram Gmbh Gas discharge lamp and spotlight system comprising gas discharge lamp

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US7973482B2 (en) 2004-04-16 2011-07-05 OSRAM Gesellschaft mit beschraenkler Haftung High-pressure discharge lamp with halogens
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