DE4334074A1 - Metallhalogenidentladungslampe - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenid
entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Es handelt sich dabei um Metallhalogenidlampen
vornehmlich kleiner Leistung, insbesondere etwa
50-250 W.
Aus der DE-A 36 19 068 sind Metallhalogenidlampen
bekannt, die ein zweiseitig gequetschtes Entladungs
gefäß in einem zweiseitig gequetschten Kolben
aufweisen. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit,
insbesondere am Lebensdauerende, ist die Stromzu
führung von einer elektrisch-isolierenden Ummante
lung umgeben. Dafür sind insbesondere Hülsen aus
Keramik, Glas oder Quarzglas geeignet. Gleichzeitig
wird darauf hingewiesen, daß sich die Bildung von
Photoelektronen (s. z. B. DE-U 90 02 959) dadurch
ausschließen läßt, daß Entladungsgefäß und Außen
kolben so angeordnet werden, daß keine parallel zum
Entladungsgefäß verlaufenden Gestellteile benötigt
werden.
Bei Metallhalogenidlampen mit alkalimetallhaltiger
Füllung, bei denen ein Leiter am Entladungsgefäß
entlang geführt ist, wie dies bei einem zweiseitig
gequetschten Entladungsgefäß in einem einseitig
gequetschten Außenkolben der Fall ist, ist es
bekannt, den am Entladungsgefäß entlanglaufenden
Teil der Stromzuführung mit einer elektrisch-iso
lierenden und UV-undurchlässigen Abschirmung,
insbesondere einem Röhrchen aus Glas, Keramik oder
Quarzglas zu versehen (DE-A 16 39 084).
Es ist Aufgabe der Erfindung, das Betriebsverhalten
von Metallhalogenidentladungslampen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk
male des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte
Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß
die gezielte Verwendung einer Ummantelung, die für
UV-Strahlung undurchlässig ist, für im Außenkolben
befindliche Stromzuführungen unter bestimmten
Umständen auch bei Metallhalogenidentladungslampen
Vorteile bringt, die ein zweiseitig gequetschtes
Entladungsgefäß in einem zweiseitig gequetschten
Außenkolben besitzen, und die von daher nach bisher
vorherrschender Meinung keine Probleme mit der
Photoionisation aufweisen. Es handelt sich dabei um
Metallhalogenidentladungslampen vornehmlich klei
ner Leistung (typisch 50-250 W), die eine natrium
haltige Füllung besitzen. Es hat sich herausge
stellt, daß hier die Verwendung einer UV-abschir
menden Ummantelung, die die Stromzuführungen im
Außenkolben möglichst vollständig abdeckt, es
gestattet, die Füllmengen an Metallhalogeniden,
speziell der natriumhaltigen Komponente (z. B. NaJ),
sehr niedrig zu halten und trotzdem sehr lange
Lebensdauern zu erzielen sind (ca. 6000 Betriebs
stunden). Als grobe Richtschnur kann dienen, daß
die Gesamtfüllmenge (in mg) an Metallhalogeniden
maximal auf das Dreifache des Volumens des Entla
dungsgefäßes (in cm³) begrenzt werden kann.
Vorteilhaft ist, als Untergrenze eine Gesamtfüllmen
ge (in mg) an Metallhalogeniden anzusehen, die dem
Einfachen des Entladungsvolumens (in cm³) ent
spricht. Der Grund ist, daß - vor allem bei Natri
um-Seltenerd-Füllsystemen - der Restsauerstoff auf
diese Weise zuverlässig absorbiert wird infolge der
Getterwirkung der Füllkomponenten.
Bisherige Versuche mit Lampen derart geringer
Dosierung haben jedoch eine vergleichsweise
schlechte Maintenance ausgewiesen, weil nicht
erkannt wurde, daß auch bei diesem Lampentyp eine
geringfügige, jedoch über die Lampenlebensdauer
durchaus merkliche Photoionisation auftritt, die
zur Natriumverarmung im Entladungsgefäß führt. Die
Konsequenz war eine Absenkung des Natriumpartial
drucks und eine Erhöhung der Brennspannung sowie
eine unerwünschte Drift zu höheren Farbtemperatu
ren. Erfindungsgemäße Lampen zeigen jedoch eine
sehr gute Maintenance ihres Lichtstroms über die
Lebensdauer. Ähnliches gilt auch für die Farbtempe
ratur.
Da die eigentliche Ursache der schlechten Maintenan
ce in der Diffusion von Natriumionen oder auch
anderer Metallionen mit geringem Ionenradius (z. B.
Lithium) durch das Entladungsgefäß (im allgemeinen
aus Quarzglas gefertigt; u. U. kann auch ein kerami
sches Entladungsgefäß verwendet werden, wie z. B. in
der EP-A 536 609 beschrieben) liegt, läßt sich die
Bedingung für die Füllmenge dahingehend spezifizie
ren, daß der reine Anteil an Metallen mit geringem
Ionenradius (vor allem Natrium) - die daher zur
Diffusion neigen und im folgenden als "Diff.-
Metalle" bezeichnet werden - ausgedrückt in Mikro
mol (µmol) in der Füllung kleiner ist als das
Sechsfache des Entladungsvolumens, ausgedrückt in
Kubikzentimeter (cm³). Als Formel ausgedrückt gilt
also: spezifischer Diff.-Metallgehalt 6 µmol/cm³.
Als Untergrenze des Diff.-Metallgehalts wird ein
Wert vom Einfachen des Entladungsvolumens (in cm³)
angesehen, d. h. spezifischer Diff.-Metallgehalt
1 µmol/cm³. Bevorzugte Werte des Diff.-Metallge
halts liegen im Bereich des Vierfachen des Entla
dungsvolumens.
Unter geringem Ionenradius werden Werte von maximal
etwa 0,1 nm verstanden, wie sie z. B. Na⁺ oder Li⁺
aufweisen.
Die Erfindung ist insbesondere für Natrium-Selten
erd-Füllungssysteme geeignet. Ähnlich gute Ergeb
nisse werden bei Na Sc-Füllungen erzielt.
Hauptsächliches Anwendungsgebiet sind Lampen mit
Farbtemperaturen in der Größenordnung von 4000 K
(Lichtfarbe neutralweiß), bei denen der Natriumge
halt geringer als bei warmweißen Lichtfarben (ca.
3000 K Farbtemperatur) gewählt werden kann.
Es bleibt anzumerken, daß die eingangs diskutierte
Erhöhung der Betriebssicherheit nur bei den Lampen
eine Rolle spielt, die einen evakuierten Außenkol
den aufweisen, und bei denen Elektrode (aus Wol
fram) und Stromzuführung (aus Molybdän) aus ver
schiedenen Materialien bestehen. Nur hier führt die
Verwendung korrosionsfördernder Füllungen (damit
sind vornehmlich Natrium-Zinn-Füllungen gemeint)
zur Elektrodenkorrosion und damit zur Undichtigkeit
des Entladungsgefäßes und schließlich zum letalen
Gleichstrombetrieb. Dagegen können die erfindungs
gemäßen Lampen sowohl einen evakuierten als auch
mit Inertgas gefüllten Außenkolben (z. B. Stick
stoff) aufweisen. Außerdem spielt die Materialfrage
von Elektrode und Stromzuführung keine Rolle.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Aus
führungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Lampe gemäß der Erfindung,
Fig. 2 die Mortalitätskurve einer Gruppe erfin
dungsgemäßer Lampen sowie einer Vergleichs
gruppe.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Hochdruckent
ladungslampe 1 mit einer Leistungsaufnahme von 70 W
besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen
Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas, das in der Mitte
bauchig ausgeweitet ist. Es ist an beiden Enden
jeweils mit einer Quetschung 3 verschlossen, durch
die die beiden Stromzuführungen 4, 5 mittels Folien
6 vakuumdicht eingeführt sind und dabei eine elek
trische Verbindung zu den im Entladungsgefäß ange
brachten Elektroden 7 (aus thoriertem Wolfram)
herstellen. Die Enden des Entladungsgefäßes sind
mit einem wärmereflektierenden Belag 8 versehen.
Die Füllung mit der Lichtfarbe Neutralweiß besteht
aus den Metallen Hg und Na mit Zusätzen weiterer
Metalle der Seltenen Erden und aus den Halogenen Br
und/oder J. Eine bevorzugte Metallhalogenidfüllung
ist 0,45 mg NaJ, jeweils 0,27 mg der Seltenen
Erdmetall-Halogenide DyJ₃, HoJ₃ und Tm J₃ sowie
0,13 mg TIJ. Das Entladungsvolumen beträgt 0,7 cm³.
Das Entladungsgefäß 2 befindet sich in einem koaxi
al angeordneten zylindrischen Außenkolben 9 aus
Quarzglas, wobei der kleinste Wandabstand nur etwa
2-3 mm beträgt. In diesem Außenkolben ist in be
kannter Weise ein Getter 10 potentialfrei angeord
net, das parallel zu einer der Stromzuführungen 4
verläuft. Der Außenkolben 9 ist ebenfalls an seinen
beiden Enden mit einer Quetschung verschlossen,
wobei die elektrische Verbindung der axial angeord
neten Stromzuführungen 4, 5 nach außen jeweils über
eine vakuumdichte Folieneinquetschung 11 und kera
mische Sockelteile 12 (mit Plättchenkontakten)
erfolgt. Die Stromzuführungen 4, 5 haltern das
Entladungsgefäß 2 im Außenkolben 9, wobei zum
Ausgleich von Längentoleranzen eine der Stromzufüh
rungen 5 mit einer Dehnungsschleife 13 versehen
ist. Die Notwendigkeit einer Dehnungsschleife 13
hängt von den Abmessungen der Lampe ab. Die beiden
Stromzuführungen 4, 5 sind auf ihrer gesamten, im
Außenkolben 9 verlaufenden Länge von einer strumpf
artigen Hülse 14 aus Quarzseide umschlossen. Dieses
Material ist temperaturbeständig bis 1200°C. Ein
Beispiel ist der Silikatschlauch Typ S-R 05 der
Firma Dalsratex (England). Die Hülse hat 0,3 mm
Wandstärke und einen Innendurchmesser von 0,4 mm.
Dieses Material ist so flexibel, daß es auch pro
blemlos die Biegung der Dehnungsschleife mitmacht.
Hierzu eignet sich auch ein Keramikfaserschlauch
oder Quarzfaserschlauch.
Bei geraden Stromzuführungen kann auch ein weniger
flexibles Material, z. B. ein Hartglas- oder Quarz
glasröhrchen oder eine starre keramische Hülse,
verwendet werden. Wesentlich ist eine hohe Tempera
turbeständigkeit sowie eine ausreichende UV-Absorp
tion.
In Fig. 2 ist ein Vergleich zwischen der Lebensdau
er von Lampen ohne (kreuzförmige Meßpunkte) und mit
(dreieckige Meßpunkte) Ummantelung der Stromzu
führung gezeigt. Bei niedriger Dosierung der Fül
lung, die für beide Meßgruppen gleich war, sinkt
die Zahl der überlebenden Lampen, die keine Umman
telung aufweisen (Kurve a) nach 6000 Std. Betriebs
dauer auf 39%, während sie bei der Gruppe mit
erfindungsgemäßer Ummantelung (Kurve b) in etwa
noch doppelt so groß ist (ca. 75%). Bis 3000
Betriebsstunden ist bei dieser Gruppe überhaupt
kein Ausfall zu verzeichnen.
Die Erfindung ist auf alle zweiseitig verschlosse
nen Entladungsgefäße, die im zweiseitig verschlos
senen Außenkolben in etwa axial angebracht sind,
anwendbar. Das Entladungsgefäß kann insbesondere
ein zweiseitig gequetschter Quarzglasbrenner oder
ein zweiseitig verschlossenes Keramikrohr sein. Der
Außenkolben ist insbesondere ein zweiseitig ge
quetschter Hartglas- oder Quarzglaskolben.
Claims (7)
1. Metallhalogenidentladungslampe mit einem zwei
seitig verschlossenen Entladungsgefäß (2), das zwei
Elektroden und eine Füllung mit zur Diffusion
zeigenden Metallen ("Diff.-Metalle") enthält, die
im Betrieb Ionen mit kleinem Ionenradius bilden,
wobei der Ionenradius in der Größenordnung des Ions
Na⁺ liegt, und das von einem zweiseitig verschlosse
nen Außenkolben (9) umgeben ist, wobei das Entla
dungsgefäß (2) in etwa axial im Außenkolben (9)
angeordnet ist und dort durch zwei im Außenkolben
(9) angeordnete Stromzuführungen (4, 5) gehaltert
ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender
Merkmale:
- - die im Außenkolben (9) angeordneten Stromzufüh rungen (4, 5) sind über einen Großteil ihrer Länge von einer UV-abschirmenden Ummantelung (14) umgeben
- - der spezifische Diff.-Metallgehalt im Entladungs volumen ist kleiner als 6 µmol/cm³.
- -Metallhalogenidentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Diff.-Metall Natri um ist.
2. Metallhalogenidentladungslampe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Diff.-Metall Natrium
ist.
3. Metallhalogenidentladungslampe nach Anspruch 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische
Diff.-Metallgehalt mindestens 1 µmol/cm³ beträgt.
4. Metallhalogenidentladungslampe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (14)
aus einem der Materialien Keramik, Hartglas oder
Quarzglas gefertigt ist.
5. Metallhalogenidentladungslampe nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (14)
flexibel ist.
6. Verwendung einer Ummantelung (14), insbesondere
einer Hülse aus Quarzglasmaterial, Hartglasmaterial
oder Keramikmaterial, für die Stromzuführungen
(4, 5) im Außenkolben (9) einer Metallhalogenidentla
dungslampe, bei der ein zweiseitig gequetschtes
Entladungsgefäß (2) in einem zweiseitig verschlos
senen Außenkolben (9) in etwa axial angeordnet ist,
zur Vermeidung der Photoionisation bei Verwendung
geringer Mengen an Diff.-Metallfüllungen, insbeson
dere Natrium.
7. Verwendung gemäß Anspruch 6, bei der die reine
Diff.-Metallmenge kleiner als 6 µmol/cm³, bezogen
auf das Entladungsvolumen, ist.
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