DE3110809A1

DE3110809A1 - Metallhalogenid-bogenentladungslampe

Info

Publication number: DE3110809A1
Application number: DE19813110809
Authority: DE
Inventors: William M. 01966 Rockport Ma. Keeffe; Harold L. Rowley Mass. Rothwell jun.; John A. 01923 Danvers Ma. Scholz
Original assignee: GTE Products Corp
Current assignee: Osram Sylvania Inc
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1982-02-04
Also published as: GB8326934D0; GB8327559D0; IT1135659B; GB2140197B; GB2072411A; FR2478875A1; GB2072411B; CA1168693A; NL8101450A; FR2478875B1; BE888070A; GB2140197A; US4321504A; IT8120606A0

Description

Patentanwälte · European Patent Attorneys

3 München

S6 P375 D

6TE Products Corporation Wilmington, Delaware, USA

Metallhalogenid-Bogenentladungslampe

Priorität: 24. März 1980 - USA - Serial No. 132 933

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Beschreibung Metallhalogenid-Bogenentladungslampe

Die Erfindung betrifft Hochdruck-Metallhalogenid-Bogenentladungslampen von niedriger Leistungsaufnahme. Zu einer solchen Lampe gehört gewöhnlich ein aus geschmolzenem Quarz hergestellter Lampenkolben, der eine aus Quecksilber, einem Metallhalogenid und einem Startgas bestehende Füllung enthält.

Bekannte Hochdruck-Metallhalogenid-Bogenentladungslampen sind in der US-PS 3 761 758 und den darin genannten US-PSen beschrieben. Bei diesen bekannten Lampen handelt es sich um Bogenentladungsröhren mit an beiden Enden angeordneten Elektroden, die in eine langgestreckte Entladungsröhre eingebaut sind. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Metallhalogenidlampen von geringer Leistungsaufnahme, wie sie in der US-PS 4 161 672 beschrieben sind, wo auch die Verwendung von Entladungsröhren mit in beide Enden eingebauten Elektroden besprochen wird.

Genauer gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung Metallhalogenid-Bogenentladungslampen von geringer Leistungsaufnahme, die jeweils eine Entladungsröhre aufweisen, welche an einem Ende mit einem Quetschfuß versehen sind, d.h. wobei beide Elektroden in den Quetschfuß am einen Ende der Entladungsröhre eingebettet sind. Solche Bogenentladungslampen sind weniger bruchempfindlich als diejenigen nach der US-PS 4 161 672 und eigenen sich daher besser zur Herstellung" mit Hilfe von Einrichtungen, \\relche die Erzielung einer hohen Produktionsgeschwindigkeit ermöglichen.

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Gemäß der Erfindung hat es sich gezeigt, daß es zur Schaffung einer Metallhalogenidlampe mit in ein Ende des Kolbens eingebetteten Elektroden, die eine ausreichende Lebensdauer für allgemeine Beleuchtungszwecke von z.B. mehreren tausend Stunden erreicht, erforderlich ist, dafür zu sorgen, daß der Wert des Verhältnisses zwischen dem Abstand jeder Elektrodenspitze von der ihr am nächsten benachbarten Innenwand des Lampenkolbens und dem Abstand zwischen den beiden Elektrodenspitzen über 0,4 liegen muß, wenn eine lange Lebensdauer und während dor gesamten Lebensdauer ein ausreichend geringer Lichtstromabfall erzielt werden sollen.

Gegenwärtig stehen Metallhalogenid-Projektorlampen mit in ein Ende eingebauten Elektroden für hohe Leistungsaufnahmewerte zwischen 400 und 1000 V/ zur Verfügung. Die erfindungsgemäßen Lampen mit in ein Ende des Kolbens eingebetteten Elektroden unterscheiden sich von diesen bekannten Projektorlampen nicht nur bezüglich ihrer Leistungsaufnahme, sondern auch in mehreren weiteren Punkten. Die genannten Projektorlampen haben eine Nennlebensdauer von nur 1000 Stunden oder weniger, und sie sind einer erheblichen Belastung ausgesetzt, die z.B. etwa 50 W je Quadratzentimeter der Wandfläche des Lampenkolbens beträgt. Außerdem liegt bei diesen Projektorlampen der vorstehend genannte Verhältniswert unter 0,4.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt, der parallel zur Ilauptebene des Quetschfußes einer erfindungsgemäßen Metallhalogenid-Bogenentladungslampe mit in ein Ende des Kolbens eingebauten Elektroden verläuft; und

Fig. 2 einen zur Schnittebene von Fig. 1 rechtwinkligen Axialschnitt.

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Bei den bekannten Hochdruck-Metallhalogenid-Bodenentladungslampen der üblichen Abmessungen virrt gHvnhti i i rh aiii« Konstruktion angewendet, bei der zwei Elektroden mit abdichtender Wirkung in die voneinander abgovnndten Enden einer Entladungsröhre aus Quarz eingebettet sind. Bei solchen Lampen durchgeführte Energiebilanzuntersuchungen haben gezeigt, daß dor mittlere Leistung.yvcr.lust bei j odor Eloktrodo durch die nachstehende Gleichung bestimmt ist:

ρ .

Hierin bezeichnet P_ den mittleren Energieverlust bei jeder Elektrode, I den quadratischen Mittelwert des Lampenstroms und V_A, _v den Mittelwert des Anoden-plus-Kathoden-Abfalls beim

Ά+Ά.

Betrieb mit 50 bis 60 Hz. In der nachstehenden Tabelle I sind typische Werte von V. „ angegeben.

Tabelle I	Lampentyp	V Vc ^VA+K' ^V
Hochdruck-Quecksilber	9,52
Hochdruck-Natrium	5,39
Scandium-Natriumjodid	11,50
Indium, Thallium-Natrium-Jodid	10,59
Dysprosium-Jodid	11 ,25
Zinnjodid	30,36

Bei einer Scandium-Natriumjodid-Lampe bekannter Art mit einer Leistungsaufnahme von 400 W, die mit einem quadratischen Mittelwert der Stromstärke von 3,3 A betrieben wird, beträgt der Leistungsverlust an jede der beiden Elektroden gemäß der vorstehenden Gleichung 19 W, d.h. etwa 10% (38 W)

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der zugeführten Leistung geht durch die beiden Elektroden verloren. Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß der größte Teil dieser Energiemenge zu dem Quetschfußbereich der Bogenentladungsröhre weitergeleitet wird, von wo aus die Energie in erster Linie als Wärmestrahlung und in einem geringeren Ausmaß durch Leitung über die Teile der Unterstützung abgegeben \\rird. Wenn man die Länge der Entladungsröhre verringert, wie man es tun würde, um eine Lampe für eine geringere Leistungsaufnahme zu schaffen, werden diese an dem einen Ende auftretenden Verluste im allgemeinen nicht proportional zur Eingangsleistung verringert. Der Grund hierfür läßt sich erkennen, wenn man die vorstehende Gleichung betrachtet. Da V. _K für einen bestimmten Lampentyp festgelegt ist, kann man P„ nur dadurch verringern, daß man eine entsprechende Verringerung des Lampenstroms I her-

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beiführt. Bei Lampen mit einer Leistung von 30 bis 60 W muß der Lampenstrom um etwa das Zehnfache verringert werden, und daher ist es erforderlich, den Quecksilberpufferdampfdruck zu erhöhen; es hat sich gezeigt, daß sich hierbei im allgemeinen ein stärkerer Lichtstromabfall ergibt, daß bei dem Plasma Instabilitäten auftreten und daß es schwierig sein kann, das Plasma zusammenzuhalten.

Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Bogenentladungsröhre, bei der die Elektroden in das gleiche Ende eingebettet sind, werden die an dem betreffenden Ende auftretenden Verluste verringert, ohne daß die vorstehend genannten Nachteile auftreten. Gemäß Fig. 1 und 2 weist die Entladungsröhre 1 an einem Ende einen Cuetschfuß 2 auf. Die Elektroden 3 sind mit Molybdänbändern 4 verbunden, die in den Quetschfuß eingebettet sind und in die Entladungsröhre 1 hineinragen. Die Bänder 4 sind an äußere Zuleitungsdrähte 5 angeschlossen. Am von dem Cuetschfuß 2 abgewandten^:Bnde des Lampenkolbons 1 ist eine Absaug- und Zuschmelzspitze G vorhanden.

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Dor in Fig. 1 mit D bezeichnete Abstand zwischen den Elektroden 3 steht in einer bestimmten Beziehung zum Ahn (.and V zvi.schnn dom rrt«ton Rn«l*? Ji'der KI<>ktro<lo und dom ihm am nächsten benachbarten Teil der Innenwand des Lnmpenkolbons Gemäß der Erfindung soll der Wert des Verhältnisses V/D über 0,<l liegen. Bei V.'erten dieses Verhältnisses, die kleiner sind als 0,4, zeigt es sich, daß Wandreaktionen zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Lampe und einer Erhöhung des Lichtstromabfalls führen.

Bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe mit einer Leistung von 40 W war die Entladungsröhre 1 mit einer Länge von 20 mm aus einem Rohr aus geschmolzenem Quarz vom Typ T3 hergestellt, wobei der Außendurchmesser etwa 9,4 mm und der Innendurchmesser etwa 7,4 mm betrug, wobei an ein Ende des Rohres ein Absaugstutzen mit einem Außendurchmesser von 4 mm angeschmolzen wurde. Eino Eiektrodonban^ruppe mit Kloktrodun :t aus thorlortoin Wolfram (Elektrodendurchmesser 0,51 mm), Molybdänbändern 4 mit einer Breite von 2,26 mm und Zuleitungsdrähten 5 aus Molybdän mit einem Durchmesser von 0,75 mm wurde in das Quarzrohr eingeführt, das im erweichten Zustand zwischen zwei Backen an die Eloktrodonbaurcruppo angepreßt wurde, um den cuotschfuiu 2 zu bilden. Die Backen waren an einem Ende etwas gekrümmt, so daß die Entladungsröhre 1 die aus Flg. 1 ersichtliche annähernd eiförmige Gestalt erhielt. Während dieses Preßvorgangs wurde in die Entladungsröhre 1 über den Absaugstutzen 6 ein Druckgas eingeleitet, so daß der Kolben die aus Fig. 1 und 2 ersichtliche Form erhielt, d.h. eine etwas eiförmige Gestalt in einem parallel zu dem Quetschfuß 2 verlaufenden Schnitt und eine et\\rns kugelförmige Gestalt in einem rechtwinklig zu dieser Ebene verlaufenden Schnitt. Es wird angenommen, daß diese Formgebung der Entladungsröhre 1 zu einer Verbesserung der Lebensdauer führt. Außerdem trägt diese Formgebung dazu bei, die Probleme zu verringern, die sich aus der Entstehung von Rissen zwischen den Elektroden und dem Quetschfuß ergeben,

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wie es in der älteren Patentanmeldung P 30 32 147.2

beschrieben ist. Dann wurde über den Absaugstutzen eine Füllung aus 9,1 mg Quecksilber, 0,65 mg Quecksilber(II)jodid, 1,0 mg Natriumiodid, 0,2 mg metallischem Scandium und Argon unter einem Druck von 200 Torr zugeführt, woraufhin der Stutzen zugeschmolzen wurde. Die Lichtbogenlänge entsprechend dem Abstand D betrug 3,1 mm und der kürzeste Abstand V zwischen der Spitze jeder Elektrode und dem nächstliegenden Teil der Kolbenwand 1,4 mm. Das Verhältnis W/D hatte den Wert 0,45. Die Belastung der Lampe betrug etiva 11 V ,je Quadratzentimeter der V/andf lache dor Entladungsröhre.

Bei der neu hergestellten Lampe betrug bei 53 V und 0,873 A der Lichtstrom 3010 Lumen. Nach einer Betriebszeit von 100 Stunden ergab sich ein Lichtstrom von 2440 Lumen bei 64 V und 0,766 A.

Erfindungsgemäße Lampen wurden hinsichtlich ihrer Lebensdauer mehrere tausend Stunden lang geprüft. Bei 5800 Betriebsstunden betrug der Lichtstrom noch 80% derjenigen nach einer Betriebszeit von 100 Stunden.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

Iy Metallhalogenid-Bogenentladungslarape mit geringer Leistungsaufnahme, gekennzeichnet durch eine Entladungsröhre O) mit einem an einem Ende angeordneten Quetschfuß (2) und einer Quecksilber, ein Halogenid und ein Startgas enthaltenden Füllung sowie zwei in den Quetschfuß eingebettete, in die; Entladungsröhre hineinragende Hauptelektroden (3), wobei der Abstand zwischen den inneren Enden der Elektroden ein vorbestimmter Abstand D ist, wobei der kleinste Abstand zwischen dem inneren Ende der bzw. jeder Elektrode und der am nächsten benachbarten Innemv'and der Entladungsröhre ein vorbestimmter Abstand M ist und wobei der Wert des Verhältnisses W/D höher ist als 0,4.

!. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Quetschfuß (2) abgewandte Ende der Entladungsröhre (1) mit einem Evakuierungsstutzen (6) versehen ist.

'■. Metallhalogenid-Bogenentladungslampe von geringer Leistungsaufnahme, gekennzeichnet durch eine an einem Ende mit einem Quetschfuß (2) versehene Entladungsröhre (1) und eine Quecksilber, ein Halogenid und ein Startgas enthaltende Füllung sowie zwei in den Quetschfuß eingebettete, in die Entladungsröhre hineinragende Hauptelektroden (3), wobei die Entladungsröhre in einer zur Hauptebene des Quetschfußes parallelen Ebene eine im \^esentlichen eiförmige Gestalt und in einer zu dieser Ebene rechtwinkligen Ebene eine im wesentlichen kugelförmige Gestalt hat.

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4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den inneren Enden der Elektroden (3) ein vorbestimmter Abstand D ist, daß der kleinste Abstand zwischen dem inneren Ende der bzw. jeder Elektrode und der ihr am nächsten benachbarten Innenwand der Entladungsröhre (1) ein vorbestimmter Abstand W ist und daß der Wert des Verhältnisses W/D größer ist als 0,4.

5. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Quetschfuß (2) abgewandte Ende der Entladungsröhre (1) mit einem Evakuierungsstutzen (6) versehen ist.

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