DE69825700T2 - Metallhalogenidlampe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Halogenmetalldampflampe mit einer Farbtemperatur T_c des emittierten Lichtes im Bereich zwischen 3900 K und 4500 K, versehen mit einem Entladungsgefäß mit einer Keramikwandung, das einen Entladungsraum umschließt, der eine ionisierbare Füllung enthält, die außer Hg eine molare Menge von Halogeniden von Na, Tl und von zumindest entweder Dy oder Ho umfasst.
• Eine Lampe der eingangs erwähnten Art ist aus EP-A-0 215 524 (PHN 11.485) bekannt. Die bekannte Lampe, die eine hohe Lichtausbeute mit hervorragenden Farbeigenschaften kombiniert (darunter einen allgemeinen Farbwiedergabeindex R_a ≥ 80 und eine Farbtemperatur T_c zwischen 2600 und 4000 K) ist außerordentlich gut zur Verwendung als Lichtquelle für unter anderem Innenbeleuchtung geeignet.
• Bei dieser Lampe wird die Erkenntnis genutzt, dass eine gute Farbwiedergabe möglich ist, wenn als Füllungsbestandteil einer Lampe Na Halogenid verwendet wird, und dass während des Lampenbetriebs eine starke Verbreiterung und Inversion der Na-Emission in den Na-D-Linien auftritt. Dies erfordert eine hohe Temperatur der kältesten Stelle T_cs in dem Entladungsgefäß von beispielsweise 1170 K (900 °C). Wenn die Na-D-Linien invertiert und verbreitert werden, nehmen sie in dem Spektrum die Form einer Emissionsbande mit zwei Maxima mit einem gegenseitigen Abstand von Δλ an.
• Die Forderung, dass T_cs einen hohen Wert haben sollte, schließt unter Praxisbedingungen die Verwendung von Quarz oder Quarzglas für die Wandung des Entladungsgefäßes aus und erfordert für die Wandung des Entladungsgefäßes die Verwendung von Keramikmaterial.
• Unter einer Keramikwandung soll in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen eine Wandung aus Metalloxid, wie z.B. Saphir oder dicht gesintertem polykristallinen Al₂O₃, sowie aus Metallnitrid, beispielsweise AlN, verstanden werden.
• Die bekannte Lampe hat eine gute Farbwiedergabe und auch einen verhältnismäßig breiten Bereich für die Farbtemperatur.
• Im Allgemeinen wird die bekannte Lampe an einer Wechselspannungsspeisequelle mit einer Frequenz von nicht mehr als 120 Hz betrieben. Bei jedem Polaritätswechsel der Speisespannung verlischt die Entladung in der einmal gezündeten Lampe und wird anschließend erneut gezündet. Diese Wiederzündung erfolgt bei einem Spannungspegel, im Weiteren Wiederzündspannung genannt, der höher ist als die stabile Bogenspannung der Lampe. Das Verhältnis der Wiederzündspannung zur Bogenspannung wird Crestfaktor genannt. Insbesondere wenn die Lampe mit einem sinusförmigen Signal betrieben wird, nimmt der Crestfaktor einen verhältnismäßig hohen Wert an. Der Wert des Crestfaktors nimmt gewöhnlich im Verlauf der Lampenlebensdauer zu. Wenn der Crestfaktor einen zu hohen Wert annimmt, wird die Lampe nicht mehr erneut zünden und ausgeschaltet bleiben. Es zeigt sich, dass die benötigte Menge Metallhalogenid zu sehr hohen Anfangswerten für den Crestfaktor und zu einem schnellen Anstieg dieses Faktors während der Lampenlebensdauer führt, wenn eine Lampe mit einer Farbtemperatur T_c im Bereich zwischen 3900 K und 4500 K realisiert wird. Dies beeinflusst die Lebensdauer der Lampe nachteilig.
• Aus US-A-3 852 630 ist eine Halogenmetalldampflampe bekannt, die ein Entladungsgefäß aus Quarzglas hat, das mit Hg und Halogeniden von Na, Ca, Tl, In und Dy gefüllt ist. Die Lampe hat eine sehr hohe Farbtemperatur, T_c > 5200 K, und einen Wert für den Farbwiedergabeindex von unter 90.
• Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Lampe der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, bei der eine lange Nutzlebensdauer realisiert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die ionisierbare Füllung der Lampe auch CaI₂ in einer molaren Menge umfasst, die zwischen 30 und 50% der gesamten molaren Menge der Halogenide liegt.
• Die erfindungsgemäße Lampe hat den Vorteil, dass der Wert des Crestfaktors auch nach einigen Tausend Brennstunden begrenzt bleibt, wobei sich überraschenderweise gezeigt hat, dass die hervorragenden Farbeigenschaften der Lampe kaum beeinflusst werden und auch die Lichtausbeute der Lampe nicht nachteilig beeinflusst wird. Für eine molare Menge des CaI₂ unter 30 Mol-% kann keine effektive Verringerung des Crestfaktors gefunden werden. Wenn andererseits die molare Menge 50 Mol-% übersteigt, wird zwar eine weitere Verringerung des Crestfaktors erreicht, aber gleichzeitig wird die Lichtausbeute der Lampe wesentlich beeinträchtigt. Implementierung der Maßnahme, dass die ionisier bare Füllung außer Halogeniden von Dy und Ho auch Halogenid von Tm umfasst, hat den Vorteil, dass eine vorhandene Herstellungstechnologie verwendet werden kann.
• Begrenzung der molaren Menge von Tl-Halogenid auf zwischen 3 und 10 % der gesamten molaren Menge von Halogeniden hat den Vorteil, dass das von der Lampe abgestrahlte Licht einen Farbort hat, der nahe beim Planckschen Kurvenzug liegt, wobei dieser Kurvenzug der geometrische Ort oder die Menge der Farborte von Planckschen Strahlern ist. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass dadurch eine geringe Zunahme des Wertes des allgemeinen Farbwiedergabeindex R_a realisiert wird. Ein gewünschter hoher Wert für die Farbtemperatur T_c kann bei einer gesamten molaren Menge von Seltenerdhalogeniden von Dy, Ho und Tm realisiert werden, die zwischen 15 und 25 Mol-% der gesamten molaren Menge von Halogeniden liegt. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der molaren Menge des Na Halogenids zur molaren Menge von Seltenerdhalogeniden höchstens 2, um die gewünschten Farbeigenschaften zu realisieren.
• Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahme wird vorzugsweise realisiert, dass der Crestfaktor der erfindungsgemäßen Lampe unter 2,3 liegt. Dies macht die Lampe als Nachrüstlampe für vorhandene Lichtanlagen geeignet. Bei Werten für den Crestfaktor von mehr als 2,3 ergab sich, dass die Lampe in einer vorhandenen Anlage nicht zuverlässig betrieben werden kann.
• Die oben beschriebenen Aspekte und weitere Aspekte der erfindungsgemäßen Lampe sind in der Zeichnung dargestellt (nicht maßstabsgetreu) und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 schematisch eine erfindungsgemäße Lampe und
• 2 das Entladungsgefäß der Lampe von 1 im Detail.
• 1 zeigt eine Halogenmetalldampflampe, die mit einem Entladungsgefäß 3 mit einer Keramikwandung versehen ist, das einen Entladungsraum 11 umschließt, der eine ionisierbare Füllung enthält, die außer Hg eine molare Menge von Halogeniden von Na, Tl und von zumindest entweder Dy oder Ho umfasst. Zwei Elektroden, deren Spitzen einen Zwischenraum EA haben, sind in dem Entladungsraum angeordnet, und das Entladungsgefäß hat zumindest am Ort des Zwischenraums EA einen Innendurchmesser Di. Das Entladungsgefäß ist an einem Ende mit einem hervorstehenden Keramikstopfen 34, 35 verschlossen, der einen zu einer jeweiligen in dem Entladungsgefäß positionierten Elektrode 4, 5 führenden Stromzuführleiter (2: 40, 41, 50, 51) mit engem Zwischenraum umschließt und mit dieser Elektrode mit Hilfe einer Schmelzkeramikverbindung (2: 10) an einer vom Entladungsraum abgewandten Seite gasdicht verbunden ist. Das Entladungsgefäß ist von einem Außenkolben 1 umgeben, der an einem Ende mit einem Lampensockel 2 versehen ist. Im Betriebszustand der Lampe verläuft zwischen den Elektroden 4 und 5 eine Entladung. Die Elektrode 4 ist über einen Stromleiter 8 mit einem ersten elektrischen Kontakt verbunden, der Teil des Lampensockels 2 ist. Die Elektrode 5 ist über einen Stromleiter 9 mit einem zweiten elektrischen Kontakt verbunden, der Teil des Lampensockels 2 ist. Das Entladungsgefäß, in 2 detaillierter dargestellt (nicht maßstabsgetreu), hat eine Keramikwandung und ist aus einem zylindrischen Teil mit einem Innendurchmesser Di gebildet, der an beiden Seiten durch Endwandabschnitte 32a, 32b begrenzt wird, die einen gegenseitigen Abstand L haben, wobei jeder Endwandabschnitt 32a, 32b eine Endfläche 33a, 33b des Entladungsraums definiert. Die Endwandabschnitte haben je eine Öffnung, in der ein hervorstehender Keramikstopfen 34, 35 in dem Endwandabschnitt 32a, 32b mittels einer Sinterverbindung S gasdicht befestigt ist. Die hervorstehenden Keramikstopfen 34, 35 umschließen jeweils eng einen Stromzuführleiter 40, 41, 50, 51 einer jeweiligen Elektrode 4, 5, die eine Spitze 4b, 5b hat. Der Stromzuführleiter ist mit dem hervorstehenden Keramikstopfen 34, 35 mittels einer Schmelzkeramikverbindung 10 an der vom Entladungsraum abgewandten Seite gasdicht verbunden.
• Die Elektrodenspitzen 4b, 5b liegen in einem gegenseitigen Abstand EA. Die Stromzuführleiter haben je einen in hohem Maße gegen Halogenide beständigen Abschnitt 41, 51, beispielsweise in Form eines Mo-Al₂O₃-Cermets, und einen Abschnitt 40, 50, der an einem jeweiligen Endstopfen 34, 35 mittels der Schmelzkeramikverbindung 10 gasdicht befestigt ist. Die Schmelzkeramikverbindung erstreckt sich über einen gewissen Abstand, beispielsweise ungefähr 1 mm, über das jeweilige Mo-Cermet 41, 51. Es ist möglich, die Teile 41, 51 aus einem anderen Material als aus Mo-Al₂O₃-Cermet zu bilden. Andere mögliche Konstruktionen sind beispielsweise aus EP-A-0 587 238 (US-A-5.424.609) bekannt. Als besonders geeignete Konstruktion erwies sich unter anderem eine in hohem Maße gegen Halogenide beständige Spule, die um einen gleichermaßen beständigen Stift gewickelt war. Mo ist sehr geeignet als in hohem Maße gegen Halogenide beständiges Material. Die Teile 40, 50 bestehen aus einem Metall, dessen Ausdehnungskoeffizient gut mit dem der Endstopfen übereinstimmt. Nb ist beispielsweise ein für diesen Zweck sehr geeignetes Material. Die Teile 40, 50 sind mit den jeweiligen Stromleitern 8, 9 in einer nicht im Detail dargestellten Weise verbunden. Die beschriebene Konstruktion der Durchführung ermöglicht es, die Lampe in jeder gewünschten Brennlage zu betreiben.
• Jede Elektrode 4, 5 besteht aus einem Elektrodenstab 4a, 5a, der nahe der Spitze 4b, 5b mit einer Wicklung 4c, 5c versehen ist. Die hervorstehenden Keramikstopfen sind in den Endwandabschnitten 32a und 32b mittels einer Sinterverbindung S gasdicht befestigt. Die Elektrodenspitzen liegen hier zwischen den von den Endwandabschnitten gebildeten Endflächen 33a, 33b. Bei einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lampe liegen die hervorstehenden Keramikstopfen 34, 35 relativ zu den Endwandabschnitten 32a, 32b versenkt. Die Elektrodenspitzen liegen in diesem Fall im Wesentlichen in den von den Endwandabschnitten gebildeten Endflächen 33a, 33b.
• Bei einer praktischen Realisierung einer erfindungsgemäßen Lampe, wie anhand der Zeichnung beschrieben, beträgt die Lampennennleistung 70 W und die Lichtausbeute 88 lm/W. Die Lampe, die zum Betrieb in einer vorhandenen Anlage geeignet ist (Nachrüstlampe), hat eine Lampenspannung von 91 V. Die ionisierbare Füllung des Entladungsgefäßes umfasst 6 mg Hg und 8 mg Iodidsalze als die molare Menge von Halogeniden von Na, Tl, Dy, Ho, Tm und Ca mit jeweiligen Molprozentsätzen von 29%, 6,5%, 6,5%, 6,5%, 6,5% und 45%. Das Hg, das auch dazu dient, zu gewährleisten, dass die Lampenspannung zwischen 80 V und 100 V liegt, was notwendig ist, um die Nachrüstanforderungen zu erfüllen, hat im Betriebszustand der Lampe einen Druck von 20 bar. Die Füllung umfasst weiterhin Ar mit einem Fülldruck von 140 mbar als Zündgas.
• Der Abstand EA zwischen den Elektrodenspitzen beträgt 6 mm, der Abstand L zwischen den Endflächen ist 8 mm und der Innendurchmesser Di ist 7,4 mm. Photometrische Eigenschaften der Lampe wurden in einer Dauerprüfung gemessen. Die Ergebnisse sind die folgenden. Beim Betrieb mit einer Speisequelle von 220 V, 50 Hz ist der Crestfaktor nach 100 Brennstunden 1,8, nach 1000 Brennstunden 1,9, nach 2000 Brennstunden 2,05 und nach 5000 Brennstunden 2,07. Die Farbtemperatur T_c beträgt zu den Zeitpunkten von 100, 1000, 2000 und 4000 Brennstunden 4214K, 4222K, 4260K und 4255K. Der Farbort hat zu diesen Zeitpunkten die folgenden Koordinaten (x,y): (0,370;0,365), (0,371;0,369), (0,369;0,368) und (0,370;0,369). Der allgemeine Farbwiedergabeindex Ra hat nach 100 Brennstunden einen Wert von 92. Nach 4000 Brennstunden ist dieser Wert 91.
• Bei einer anderen praktischen Realisierung der erfindungsgemäßen Lampe beträgt die Lampennennleistung 39 W und die Lichtausbeute 90 lm/W. Die ionisierbare Füllung des Entladungsgefäßes umfasst 3,3 mg Hg und 6 mg Halogenidsalze mit der glei chen Zusammensetzung wie bei der oben beschriebenen 70-W-Lampe. Die Lampe strahlt im Betriebszustand Licht mit einer Farbtemperatur T_c von 4019 K und mit einem allgemeinen Farbwiedergabeindex R_a von 90 ab. Beim Betrieb an einem öffentlichen Netz von 220 V, 50 Hz beträgt der Crestfaktor 2,1.
• Bei einer weiteren praktischen Realisierung hat die Lampe mit einer Nennleistung von 150 W eine ionisierbare Füllung von 7,6 mg Hg und 9 mg Iodidsalzen von Na, Tl, Ho und Ca in jeweiligen relativen Mengen von 41,5 Mol-%, 6,5 Mol-%, 22 Mol-% und 30 Mol-%. Der Abstand EA zwischen den Elektrodenspitzen in dem Entladungsgefäß beträgt 11 mm, der Abstand L zwischen den Endflächen ist 14 mm, und der Innendurchmesser Di ist 9,2 mm. Im Betrieb ist die Lichtausbeute 85 lm/W, der Crestfaktor 2,07, die Farbtemperatur T_c 4208 K und der allgemeine Farbwiedergabeindex R_a 94.

Claims (5)

1. Halogenmetalldampflampe mit einer Farbtemperatur T_c des emittierten Lichtes im Bereich zwischen 3900 K und 4500 K, versehen mit einem Entladungsgefäß mit einer Keramikwandung, das einen Entladungsraum umschließt, der eine ionisierbare Füllung enthält, die außer Hg eine molare Menge von Halogeniden von Na, Tl und von zumindest entweder Dy oder Ho umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die ionisierbare Füllung der Lampe auch CaI₂ in einer molaren Menge umfasst, die zwischen 30 und 50% der gesamten molaren Menge der Halogenide liegt.
2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ionisierbare Füllung außer Halogeniden von Dy und Ho auch ein Halogenid von Tm umfasst.
3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte molare Menge von Halogeniden von Dy, Ho und Tm zwischen 15 und 25% der gesamten molaren Menge der Halogenide liegt.
4. Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die molare Menge von Tl-Halogenid zwischen 3 und 10% der gesamten molaren Menge der Halogenide liegt.
5. Lampe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der molaren Menge des Na-Halogenids zur molaren Menge der Halogenide von Dy, Ho und Tl zusammen einen Wert von höchstens 2 hat.