DE3731134A1 - Hochdruck-metallhalogenidlampe mit niedriger farbtemperatur und guter farbwiedergabe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Metall­ halogenidlampe, die mit niedriger Farbtemperatur und guter Farbwiedergabe gekennzeichnet werden kann, weiters ein lichtdurchlässiges, hochschmelzendes, vorteilhaft aus Quarzglas verfertigtes Entladungsgefäss und wenigstens zwei Hauptelektroden aufweist und die Hauptelektroden in dem einen Ende oder in den gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefässes eingelötet sind; als Startgas ist (sind) in dem Entladungsgefäss Edelgas(e) enthalten, als Puffergas wird Quecksilberfüllung verwendet, worin in einer in Betriebszustand eine Sättigung sicherstellenden Menge sind Dy-, Ho- und Na-Haloide und gegebenenfalls Tl- und/oder Cs- und/oder Li-Haloid als Zuschlagstoff vorhanden; das Entladungsgefäss ist in einem lichtdurch­ lässigen Kolben angeordnet, in die die Stromzuleiter entweder an dem einen Ende oder an beiden Enden des Kolbens eingeführt sind.

Aus der Patentanmeldung EP 00 49 545 ist eine Metallhalogenidlampe bekannt, in der als seltenes Erd­ metall Praseodym, Neodym und Lutezium, sowie Natrium, Quecksilber und Edelgas enthalten sind, das Molverhältnis des seltenen Erdmetalls und des Natriums im Bereich zwischen 1:1-1:20 liegt, Quecksilber in dem Entladungsrohr in einer Menge zwischen von 2 bis 100 mg/cm³ vorhanden ist, wobei das Verhältnis seltenes Erdmetall/Natrium und die Menge des Quecksilbers mit der Nominalleistung der Lampe umgekehrt proportional sind. Nach den Beispielen 11 bzw. 12 der Beschreibung konnte als allgemeiner Index der Farbwiedergabe Ra von 66 bis 71 bei einer Farbentemperatur von 3515 K bzw. 3440 K erreicht werden.

Im Sinne der Offenlegungsschrift DE-OS 25 19 377 konnte eine Farbentemperatur unter 4500 K durch Zugabe von seltenem Erdmetall-Haloid, Alkali-, Erdalkali- und Thalliumhalogenid, sowie unter Anwendung eines Blaufilters erreicht werden. Als Blaufilter wird Zinnjodid verwendet, das als Zuschlag in die Füllung eingeführt wird, oder das Blaufilter wird entweder als Überzug auf das Entladungsrohr aufgetragen oder dem Grundstoff des Entladungsrohrs oder des Aussen­ kolbens zugemischt. Bei dieser Lösung bringt die Ver­ wendung des Zinns in dem Entladungsraum wegen der bogen­ beschränkenden Wirkung bedeutende Probleme mit sich. Der eingeschränkte Bogen kann, insbesondere nach einem längeren Betrieb die Wand des Entladungsgefässes angreifen, wodurch die Lebensdauer der Lampe verkürzt wird. In der in der Beschreibung als Beispiel erwähnten Lampe sind Dysprosium, Natriumjodid, Thalliumjodid und Zinn, desweiteren Quecksilberjodid und Brom enthalten. Im Laufe des Betriebs diffundieren die Natriumionen aus dem Entladungsgefäss durch die Quarzwand und lassen einen Halogenüberschuss in dem Entladungsgefäss zurück. Als Erfolg kommt eine weitere Bogenbeschränkung zustande, die auch die Auslöscheigenschaften der Lampe beeinträch­ tigt. Im Sinne der Beschreibung wird die schädliche Wirkung des beschränkten Bogens mit einem elektroden­ stabilisierten Bogen kompensiert, das bedeutet, dass ein kleindimensioniertes kurzes Entladungsrohr verwendet wird. Diese Lösung weist jedoch den Nachteil auf, dass infolge der Wandbelastung und erhöhten Schwarzwerdens die nützliche Lebensdauer der Lampe verkürzt wird. Als Ausgleich wird Brom verwendet was wiederum zur erhöhten Korrosion der Elektroden führt.

Ähnliche Probleme kommen bei der Hochdruck­ -Metallhalogenidlampe nach DE-OS 26 55 167 vor, bei der gleicherweise Zinn- und Natriumhalogenid zum Erreichen einer niedrigen Farbentemperatur angewendet wird. Bei der als Beispiel dienenden Realisierung konnte bei einer korrelierten Farbtemperatur von 3000 K ein allge­ meiner Farbwiedergabeindex Ra=75 erreicht werden.

In einer Publikation von Dobrusskin et al. (Technisch-Wissenschaftliche Abhandlungen der Osram­ -Gesellschaft, Band 12, 1986, Seiten 11-30) wird eine Lampe beschrieben, die Dysprosium, Holmium, Thullium, Thallium, Natrium, Quecksilber und Jod enthält. In dem Artikel gelangen die Verfasser zu der Konklusion, indem die warmweisse Farbe mit seltenem Erdmetall als Zuschlag nicht realisiert werden kann, da infolge der grossen Wandbelastung die Lebensdauer zu kurz wäre.

Da unverändert ein tatsächlicher Anspruch auf eine Metallhalogenidlampe mit niedriger Farbtemperatur und guter Farbwiedergabe mit einer je längeren Lebens­ dauer besteht, wurde trotz den obenerwähnten negativen Publikationen der Erfindung das Ziel gesetzt, eine derartige Lampe zu entwickeln.

Im Laufe der Forschungstätigkeit wurde die Erkenntnis gemacht, dass durch die entsprechende Wahl des Verhältnisses der in das Entladungsrohr dosierten Zuschlagstoffe, wie Dysprosium-, Holmium-, sowie Natrium­ halide, insbesondere Jodid, ohne die Anwendung eines Blaufilters, ohne hohe Wandbelastung, die niedrige korrelierte Farbtemperatur von 3000-4000 K neben einer guten Farbwiedergabe erreicht werden kann, ohne die Lebensdauer verkürzen zu müssen. Es konnte festgestellt werden, dass ein grösseres Molverhältnis Natrium­ haloid/seltenes Erdmetall eine niedrigere Farbtemperatur und einigermassen schlechtere Farbwiedergabe ergibt, wogegen mit einem kleineren Molverhältnis eine höhere Farbtemperatur und bessere Farbwiedergabe erreicht werden können. Durch die Änderung der zugegebenen Thallium­ jodidmenge kann die Farbe der Lampe in jedem Fall der Farbe des Planck-Strahlers ähnlich sein. Durch die Zugabe von Zäsiumjodid wird die bogenbeschränkende Wirkung der seltenen Erden auch dann verringert, wenn nach einem langen Betrieb der infolge des Natrium­ verlustes der Lampe auftretende Halogenüberschuss zu einer weiteren Beschränkung des Bogens führen würde.

Die erfindungsgemässe Metallhalogenidlampe beruht auf der obenbeschriebenen Erkenntnis.

Demnach bezieht sich die Erfindung auf eine Hochdruck-Metallhalogenidlampe mit niedriger Farb­ temperatur und guter Farbwiedergabe, die ein licht­ durchlässiges, hochschmelzendes, vorteilhaft aus Quarz­ glas verfertigtes Entladungsgefäss und wenigstens zwei Hauptelektroden aufweist und die Hauptelektroden in dem einen Ende oder in den gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefässes eingelötet sind; als Startgas ist (sind) in dem Entladungsgefäss Edelgas(e) enthalten, als Puffergas wird Quecksilberfüllung verwendet, worin eine im Betriebszustand eine Sättigung sicherstellende Menge Dy-, Ho- und Na-Haloide und gegebenenfalls Tl und/oder Cs- und/oder Li-Haloid als Zuschlagstoff vorhanden sind. Das Entladungsgefäß ist in einem licht­ durchlässigen Kolben angeordnet, in die die Stromzu­ leiter entweder an dem einen Ende oder an beiden Enden der Glocke eingeführt sind.

Die erfindungsgemässe Metallhalogenidlampe kann dadurch gekennzeichnet werden, dass das gemeinsame Verhältnis des in dem Entladungsgefäss vorhandenen Dy-, und Ho-Haloids zu dem Na-Haloid im Bereich zwischen 1:1 und 1:4 liegt, desweiteren in dem Entladungs­ rohr Metalljodide als Metallhaloidzuschlagstoffe ent­ halten sind.

Die Erfindung wird anhand einiger vorteilhafter Ausführungsbeispiele der Metallhalogenidlampe, mit Hilfe der beiliegende Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 das Schema der erfindungsgemässen 250 W Metallhalogenidlampe, an zwei Enden gesockelt,

Fig. 2 die Lampe nach Fig. 1, aber in einer 150 W Ausführung.

Wie es aus der Fig. 1 wohl ersichtlich ist, ist ein Entladungsgefäss 1 aus Quarzglas in einem äusseren Quarzkolben 2 angeordnet. In den beiden Enden des Entladungs­ gefässes 1 aus Quarzglas sind Elektroden 3, 3′ abgeflacht eingesetzt; die Elektroden sind entweder aus reinem Wolfram verfertigt, oder sind mit 1 bis 3% Thorium­ oxid oder mit 1 bis 3% Dysprosiumoxid + Holmiumoxid aktiviert. In einer Abflachung 4, 4′ gewährleistet eine Mo-Folie 5, 5′ den Vakuumverschluss. Strom wird über einen Mo-Draht 6, 6′ zugeführt. Die Abbindung der Restgase im äusseren Quarzkolben 2 und die Auf­ rechterhaltung des Vakuums werden durch ein Zirkonium­ -Aluminiumgetter 7 gewährleistet. In einer Abflachung 8, 8′ des äusseren Quarzkolbens 2 ist eine Mo-Folie 9, 9′ angeordnet, zu welcher der Strom mittels eines Mo-Drahts 10, 10′ zugeführt wird. Ein Keramikkopf 11, 11′ ist mit einem Bindemittel an den Abflachungen 8, 8′ befestigt. Der Mo-Draht 10, 10′ ist zu einem Anschluss 12, 12′ angeschweisst, der die Lampe mit dem Netz ver­ bindet. In dem Entladungsgefäss 1 aus Quarzglas ist ein Entladungsstoff 13 enthalten, der Edelgas, z.B. Argon, ausserdem Quecksilber, Dysprosium, Holmium, Thallium, Zäsium und Jod, in gewissen Fällen Brom enthält. Streng genommen bezieht sich vorliegende Er­ findung auf die Zusammensetzung des erwähntes Entladungs­ stoffes 13.

Aus dem Standpunkt der Erfindung ist es gleich­ gültig, ob die Metalle - mit der Ausnahme des Natriums in elementarer oder anderer Form zugegeben werden. Das Jod z.B. kann als Quecksilberjodid oder alle Metalle können als Haloide zugegeben werden. Es wird vorge­ schlagen, das Natrium als Haloid zu dosieren, da das elementare Natrium die Quarzwand angreift. Auf die Enden des Entladungsgefäßes 1 aus Quarzglas ist ein wärmereflektierender Überzug 14, 14′ aus Zirkonium­ dioxid aufgetragen.

Fig. 2 stellt eine weitere Ausführungsform dar, wobei die Numerierung der einzelnen Bestandteile mit jener nach Fig. 1 übereinstimmt.

Von dem Standpunkt der Erfindung sind die in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen äußerst günstig, da in den Metallhalogenlampen des hier veran­ schaulichten Typs die Auswanderungsgeschwindigkeit des Natriums niedrig ist. So kann eine Lampe erhöhter Lebensdauer verfertigt werden. Übrigens ist die Aus­ führungsform von dem Standpunkt der Erfindung gleich­ gültig. Eine an dem einen Ende abgeflachte Version ist auch möglich. Die einzige wesentliche Forderung besteht darin, daß die Auswanderung des Natriums über die Quarzwand niedrig ist.

Im folgenden sind einige Beispiele unter Bezugnahme auf die Figuren angegeben:

Beispiel 1

Eine 250 W Metallhalogenidlampe wird in Form nach Fig. 1 verfertigt, deren Entladungsgefäß 1 aus einem Quarzglasrohr mit einem Innendurchmesser von 13 mm erzeugt worden ist; der Abstand zwischen den Elektroden 3, 3′ beträgt 30 mm. Beide Enden des Entladungsgefäßes 1 aus Quarzglas wurden mit einem wärmereflektierenden Überzug 14, 14′ aus Zirkoniumdioxid versehen. Die Elektroden 3, 3′ wurden mit zwei Arten der Emissionsstoffe hergestellt. Bei der Version mit Thoriumdioxid ist die Lichtausbeute im Vergleich zur Version mit 50-50% Dysprosium-Holmiumoxidzugabe vermindert. Die Elektroden 3, 3′ bestehen aus auf einem Wolframstab (Aussendurchmesser 0,7 mm) aufge­ zogener doppelschichtiger Wolfram-Doppelspirale. Im kalten Zustand enthält das Entladungsgefäss 1 aus Quarz­ glas 60 mbar Argon, 19 mg Thallium-Zäsium-Amalgam, 2 mg Natriumjodid, 0,6 mg 50-50% Dysprosium-Holmium­ -Folie und 3,1 mg Quecksilberjodid. Das Molverhältnis Natriumjodid/Disprosium-Holmium-Jodid beträgt 3,6.

Die Farbtemperaturen der Lampen betragen 3127 K bzw. 3245 K, und die Farbwiedergabeindexen 79 bzw. 80. Nach einer Brennperiode von 10 000 Stunden änderte sich die Farbtemperatur auf 2948 K bzw. 3151 K, während der allgemeine Farbwiedergabeindex unverändert blieb.

Bei der Änderung des Molverhältnisses konnte bei einer Farbtemperatur 3500 bis 3600 k der Farb­ wiedergabeindex auf 83-84 erhöht werden.

Wird ein Molverhältnis von 1:1 gewählt, er­ reicht die Farbtemperatur einen Wert von etwa 5000 K, während der Farbwiedergabeindex den Wert Ra=90 aufnimmt.

Beispiel 2

Eine 150 W Metallhalogenidlampe wurde in der Ausführung nach Fig. 2 hergestellt, in der die Ver­ hältnisse der Zuschlagstoffe mit jenen nach Beispiel 1 übereinstimmen. Es konnten Farbtemperaturen von 3089 K und 2993 K und Farbwiedergabeindexen von 75 und 79 gemessen werden. Diese Werte ändern sich nach einer 2000-stündigen Brennperiode auf 3039 K bzw. 2970 K, sowie auf 79 bzw. 83. Das bedeutet, dass ohne eine beachtenswerte Änderung der Farbtemperatur ein besserer Farbwiedergabeindex erreicht wurde.

Es kann daher festgestellt werden, dass unter Anwendung der Erfindung das gesetzte Ziel - nämlich eine niedrige Farbtemperatur und gute Farbwiedergabe bei einer langen Lebensdauer - erreicht werden kann.

Claims (4)

1. Hochdruck-Metallhalogenidlampe mit niedriger Farbtemperatur und guter Farbwiedergabe, die ein licht­ durchlässiges, hochschmelzendes, vorteilhaft aus Quarz­ glas verfertigtes Entladungsgefäß und mindestens zwei Hauptelektroden aufweist, welche Hauptelektroden an dem einen Ende oder an den gegenüberliegenden Enden des Entladungsgefäßes eingeschmolzen sind, welches Entladungsgefäß in einem lichtdurchlässigen Außen­ kolben angeordnet ist, in den die Stromzuleitungen entweder an dem einen Ende oder an beiden Enden des Außenkolbens eingeführt sind, wobei als Startgas in dem Entladungsgefäß Edelgas enthalten ist und als Puffergas eine Quecksilberfüllung verwendet wird und in einer im Betriebszustand die Sättigung sicherstel­ lenden Menge Dy-, Ho-, und Na-Haloide und gegebenen­ falls T1 und/oder Cs- und/oder Li-Haloid als Zusatz­ stoff vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Molverhältnis der Summe von Dy- und Ho-Haloid zu dem Na-Haloid im Bereich zwischen 1:1 und 1:4 liegt.

2. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Entladungsgefäß vorhandenen Metallhaloidzusätze Metalljodide sind.

3. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis Dy:Ho in dem Entladungsgefäss 1:1 beträgt.

4. Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Entladungsgefäss der NaJ-Gehalt auf ein Bogenzentimeter bezogen max. 1 mg beträgt.