DD201955A5 - Hochdruck-natriumdampflampe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Natriumdampflampe mit einem Lampensockel, der an eine Fassung oder Armatur anschliessbar ist. Die Lampe enthaelt ein Entladungsgefaess, das gegenueber dem umgebenden Luftraum mit einem hermetisch abgedichteten lichtdurchlaessigen Kolben versehen ist, wobei in dem aeusseren Kolben das Entladungsgefaess mit Stromletungen elektrisch verbunden ist. Das Entladungsgefaess ist mit Edelgas und Metallzusaetze, besonders Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber gehaltiger Fuellung versehen. Der maximale innere Durchmesser des Entladungsgefaesses ist hoechstens 5,5 mm,seine Form im Wesentlichen rohrfoermig und aus transparentem oder lichtdurchlaessigem Aluminiumoxyd hergestellt. Das Entladungsgefaess ist mit Elektroden versehen. Ziel und Aufgabe ist es, eine Natriumdampflampe zu schaffen, die auch fuer Innenraumbeleuchtung verwendbar, deren Farbtemperatur hoeher als 2000 Grad K und deren Farbwiedergabeindex groesser als 20 ist. Erfindungsgemaess betraegt die Spitzenentfernung der Elektroden des Entladungsgefaesses hoechstens das 5,5malige des groessten Durchmessers des Entladungsgefaesses. Die Hochdruck-Natriumdampflampen sind auf Maschinenreihen fuer konventionelle Hochleistungslampen herstellbar, wobei sie im Wesentlichen statt Gluehwendel ein kleines Entladungsgefaess enthalten.

Description

19.5.1982 60 263/16

Hochdruck-Natriumdampflampe Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Natriumdampflampe, die mit einem zu einer Fassung oder zu einer Armatur anschließbaren Lampensockel, mit einem gegenüber der umgebenden Luftraum hermetisch abgesperrten lichtdurchlässigen Kolben, und mit einem in dem äußeren Kolben aus Lampensockel durch Stromleitungen angeschlossenen, Edelgas und Metallzusätze, besonders Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber enthaltende Füllung aufweisenden, höchstens 5,5 mm inneren Durchmesser besitzendes, im v/esentlichen rohrförmigen, transparenten oder durchsichtigen, eine aus Aluminiumoxyd hergestellte Wand aufweisenden Entladungsgefäß versehen ist, wobei das Entladungsgefäß mit den an den Stromleitungen angeschlossenen Elektroden versehen ist. Die erfindungsgemäße Hochdruck-Natriumdampflampen sind aus Bestandteilen aufgebaut, die durch konventionelle Maschinenreihen-der Lampenproduktion herstellbar sind, und weisen eine mit den Glühlampen gleichwertige Lichtwiedergabe und Farbtemperatur auf«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Hochdruck-Natriumdampflampen mit sehr guten Parametern der Lichtausbeute werden schon in großen Umfang für äußere und industrielle Beleuchtungszwecke verwendet. Wegen ihrer sehr niedrigen Färbtemperatur /ca· 2000 K/ und ungünstigen Farbwiedergabe (der allgemeine Farbenwiedergabe-Index beträgt ca· 20) sind diese Lampen für die Anwendung als Innenraumbeleuchtung nicht sehr verbreitet. Der eingeschränkte Anwendungsbereich resultiert auch aus der Tatsache, daß Hochdruck-Natriumdampflampen mit ungefähr ähnlichen Parametern, wie die konventionellen Glühlampen, wie die Leistungsaufnahme, die äußeren Abmessungen, der Konstruktionsaufbau und die optischen Eigenschaften unter Verwendung der bereits bei

. . ~ ~ _Λ r\ A Λ Γ> (\ A

236595 3

19·5·1982 60 263/16

den Lampenherstellern vorhandenen Einrichtungen und Maschinen zur Herstellung von Glühlampen nicht produziert v/erden konnten.

Um die Konkurrenzfähigkeit der Hochdruck-Natriumdampflampen mit den konventionellen Glühlampen zu gewährleisten, is± ein solches Entladungsgefäß zu schaffen, das den Ersatz der Glühwendel der bisherigen Glühlampen ermöglicht, do h« die zwei Lichtquellen müssen dahingehend voneinander abweichen, daß an Stelle des Glühwendeis ein Entladungsgefäß angeordnet werden kann. Die herkömmlichen Entladungsgefäße mit 6-8 mm inneren Durchmesser - wobei die äußeren Abmessungen auch berücksichtigt werden müssen - sind für diesen Anwendungszweck nicht verwendbar, weil nur Entladungsgefäße mit höchstens 5,5 mm inneren Durchmessers in Betracht gezogen v/erden können. Es ist ferner zweckmäßig, in dem, das Entladungsgefäß ausfüllenden Metallzusatz, den Quecksilbergehalt wenigstens teilweise durch Kadmium zu ersetzen, um weißeres Licht erhalten zu können.

.Aus der US-PS 4 146 813 ist eine Hochdruck-Natriumdampflampe bekannt, die ein Entladungsgefäß aufweist, dessen größter innerer Durchmesser weniger als 5 mm ist. Die derart ausgebildete Lichtquelle hat eine gute Lichtausbeute, aber die Spitzenentfernung zwischen den Elektroden ist derart ausgelegt, daß durch diese Anordnung gegenüber der Beleuchtung festgelegte Bedingungen nicht erfüllt werden können·

Zur Förderung der Färbtemperatür und Lichtwiedergabeindex der Hochdruck-Natriumdampflampen ist die Anwendung der "Überlastung" eine wohlbekannte Maßnahme. In diesem Falle ist aber mit einem geringen Absinken der Lichtausbeute zu rechnen, usw. wegen des erhöhten Betriebsdruckes. Uo aber in farbentechnischer¹ Hinsicht höhere Ansprüche vorliegen, kann man mit Hilfe dieser Lösung keine Natriumdampflampen

«a» %5$ %J «J iCyjl ^Jt

19·5·1982 60 263/16

mit zufriedenstellendem Hochdruck erzeugen, da die zulässige maximale Temperatur des Kolbens des Entladungsgefäßes um 1250 ⁰C liegt. Bei höheren Temperaturen fängt das Aluminiumoxyd im Entladungsgefäß-Kolben in dem Maße an zu verdampfen, das am äußeren Kolben ein Niederschlag entsteht, wodurch der äußere Kolben fleckig wird. Die Kolbentemperatur der konventionellen Entladungsgefäße liegt in der Nähe des Entladungsbogens dem kritischen. Wert sehr nahe.

Die US-PS 3 898 504 beschreibt eine Lösung für die Herstellung von Hochdruck-Natriumdampflampen mit guter Farbwiedergabe, angenehmerer Parbe, und zufriedenstellender Lebensdauer, bei der der für die Hochdruck-Natriumdampflampen vorbestimmte minimale Innendurchmesser des Kolbens im geringen Maße überschritten wird» Dieser minimale innere Durchmesser ist in zahlreichen Ausführungsbeispielen um 6 ..« 8 mm größer als der Durchmesser der herkömmlichen Kolben» Obwohl Hochdruck-Natriumdampflampen mit solchem Entladungsgefäß die gestellte Aufgabe lösen, besteht ihr Nachteil darin, daß 'die Herstellung analog herkörnmlicher Glühlampen nicht möglich ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den Anwendungsbereich von Hochdruck-Natriumdampflampen zu erweitern und zugleich die Herstellungskosten zu reduzieren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Natriumdampf lampe_zu schaffen, die den Charakter der allgemeinen Beleuchtungslampen aufweist, die die Anwendung von genügend großem Druck ermöglicht sowie eine Parbtemperatur

236595 3

19.5.1982 60 263/16

mit einem Wert von über 2000 K aufweist und deren allgemeines Farbwiedergabe-Index höher als 20 ist, wobei die Kolbentemperatur des Sntladungsgefäßes unterhalb der zulässigen maximalen Temperatur liegen soll.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß a.uch diejenigen Entladungsgefäße, deren größter innerer Durchmesser . kleiner als 5»5 mm ist, für allgemeine Beleuchtungszwecke, uzw. für die Herstellung von Hochdruck-Natriumdampflampen geeignet sind, uzw· in dem Falle, wenn die Entfernung zwischen den Elektroden (in dieser Lampe) in vorgegebenen Grenzen verkürzt wird. Dabei geht nämlich die Entladung von der sogenannten "kolbenstabilisierter" Form in die sogenannte "elektrodestabilisierte Form" über,/wobei der Temperaturgradient in der Nähe des Kolbens weniger steil ist, dl h. die-Wärmeübergabe zur Wand geringer. wird» Der Bogen zwischen den Elektroden im Raum ist dadurch stabilisiert, daß die Bogenspannung in Abhängigkeit von der Ablenkung derjenigen Geraden, der die zwei Elektroden verbindet, zunimmt, wobei im Falle der "kolbenstabilisierten" Bogenent- ~\ ladung der verhältnismäßig hohe Temperaturgradient in der -^ Nähe des Kolbens der stabilisierende Faktor der Bogenentladung ist. Auf diese Weise kann durch Anwendung der elektrodestabilisierten Entladung die Kolbentemperatur im be-• deutenden Maße reduziert werden, wobei aber diese Reduzierung nicht beliebig groß sein kann, da die entsprechende Temperatur des Kolbens auch ein wichtiger Faktor ist, um den gewünschten Betriebsdruck sichern zu können» Der Dampfdruck der Zusatzmetalle kann unterhalb 1250 C den gewünschten Druck praktisch immer erzeugen.

Aufgrund der oben erwähnten Erkenntnis wurde eine Hochdruck-Natriumdampflampe geschaffen, die einen zu einer Fassung oder zu einer Armatur anschließbaren Sockel, einen gegenüber der umgebenden Luftraum hermetisch abgesperrten

19·5»1982 60 263/16

lichtdurchlässigen Kolben, ein in dem äußeren Kolben am Lampensockel durch Stromleitungen angeschlossenes, Edelgas und Metallzusätze, besonders Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber gehaltige Füllung, höchstens 5,5 mm inneren Durchmesser besitzendes, im wesentlichen rohrförmiges, transparentes oder durchsichtiges, aus Aluminiumoxid hergestellte Wand besitzendes Entladungsgefäß_} wobei das Entladungsgefäß mit an den Stromleitungen angeschlossenen Elektroden versehen ist, und erfindungsgemäß die Spitzeentfernung zwischen den Elektroden höchstens das 5,5-malige des größten inneren !Durchmessers des Entladungsgefaßes beträgt. Durch diese Lösung wird erreicht,, daß die Kolbentemperatur des Entladungsgefäßes während des Betriebes einen Wert von 1250 ⁰C nicht überschreite, wobei aber der Farbtemperaturwert der Lampe höher als 2000 K ist. Der allgemeine Farbwiedergabeindex ist 20· Die elektrodstabilisierte Bogenentladungsform in der Natriumdampflampe kann gemäß der Erfindung besonders in solchen Bogenvariationen markant beobachtet werden, wenn die Leistungsaufnahme höchstens 100 W ist. Diese erfindungsgemäße Natriumdampflampe kann mit einem drehkörperförmigen äußeren Kolben von Glühlampen mit höchstens 70 mm Durchmesser versehen sein und eine Drehkörper-Form besitzen, wobei das wesentlich rohrförmige Entladungsgefäß vorzugsweise normal zur longitudinalen Achse der Lampe .oder senkrecht dazu angeordnet ist*;

Die erfindungsgemäßen Hochdruck-Natriumdampflampen enthalten ein strombegrenzendes, gegebenenfalls gleichzeitig Zündimpulse abgebendes Schaltelement, z. B. einen aus Halbleiterelementen bestehenden Hochfrequenzumwandler, der vorzugsweise mit einer Betatigungseinheit verbunden ist, die vorzugsweise zu den äußeren Kolben anpaßbar ist, gegebenenfalls mit dem letztgenannten und/oder mit dem Sockel zusammen, in einer kompakten Einheit angeordnet ist*

236595 3

19··5·1982 60 263/16

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1 das Schema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Hochdruck-Natriumdampflampe, die durch die sogenannte Kreuzmontierung hergestellt und teilweise mit auf der Zeichnung an einer Stelle entfernt dargestellten Spiegelüberzug versehen ist,

..Pige 2 das Schema eines anderen Ausführungsbeispiels der Hochdruck-lTatriumdampf lampe, wobei das rohrförmige Entladungsgefäß mit der longitudinalen Achse der Lampe in gleicher Richtung angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Hochdruck-Eatriumdampflampe, die pilzförmig. ist und die mit einem Kolben 1 versehen ist, der im allgemeinen bei herkömmlichen mit Kryptonfüllung versehenen Glühlampen verwendet wird· An den Kolben 1 schließt sich ein gewindeförmiger Lampensockel 3 an, wobei das in dem Kolben 1 angeordnete Entladungsgefäß 4 im Lampensockel 3 herkömmlicherweise eingelötet' ist. Der Kolben 1 ist in einem von dem Lampensockel 3 bis zu dem größten Durchmesser der Lampe erstreckenden Gebiet 11 mit einem licht- und wärmereflektierenden inneren Spiegelüberzug versehen. An den Enden der im Gestell 2 auf bekannte Weise eingebauten stromleitenden Haltern 5, 6 ist durch eine Schweißverbindung und mit Hilfe von die Endabschlußgebiete umgebende Schellen 41, 42 in Querrichtung zu der longitudinalen Achse des Kolbens 1 ein rohrförmiges Entladungsgefäß 4 befestigt. Die Stromleitungen 43, 44, die an den Elektroden des Entladungsgefäßes 4 angeschlossen sind, stehen auch mit den Haltern 5, 6 /oder mit den Schellen 41, 42/ elektrisch in Verbindung. Der größte Durchmesser des

60 263/16

rohrförmigen Entladungsgefäßes 4» dessen Wandung durchsichtig oder transparent ausgebildet ist beträgt 5,5 mm, wobei seine länge 24 mm ist· Die Gesamtlänge des Entladungsgefäßes 4 mit dem Gebiet, das aus den Stromleitungen 43» 44 herausragt, umfaßt insgesamt 31 nun. Die Spritzenentfernung zwischen den in der Zeichnung nicht dargestellten Elektroden des Entladungsgefäßes 4 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 16 mm. Das Entladungsgefäß 4 ist mit Xenon und mit einer 8 Gewicht^natriumhaltigen llatrium-Kadmiumlegierung gefüllt* Die Färb temper a tür der auf diese W^eise hergestellten Lichtquelle ist 2500 K, der Lichtstrom 2300 lumen und die Brennspannung 55 V. Die elektrische Leistungsaufnahme ist 35 W. Diese Lampe zeigt viermal so hohe Lichtausbeute, wie die im wesentlichen ähnlich aussehenden und im allgemeinen als 40 W bezeichnete konventionelle Glühlampen.

Fig. 2 zeigt eine im Sinne der Erfindung geschaffene Lampe, die hinsichtlich der Hauptkonstruktionselemente mit der Lampe gemäß Fig. 1 identisch oder dieser Lampe sehr ähnlich ist. Bei dieser Ausführungsform ist das rohrfö'rmige Entladungsgefäß 4 in einen normalen Lampenkolben eingesetzt, der über einen kugelförmigen Domteil mit ca» 60 mm maximalen Durchmesser verfügt. Das Entladungsgefäß 4 ist so angeordnet, daß seine longitudinale Achse mit der longitudinalen Achse der Lampe übereinstimmt. Das Entladungsgefäß 4 ist weiterhin an den stromeinleitenden Haltern 5 und 6 durch die Schellen 41, 42 sowie mittels Schweißung fixiert. Auf diese Weise kann durch eine herkömmliche Lampenherstellungstechnologie statt der Glühwendel-das Gestell 2 mit dem Entladungsgefäß 4 montiert werden. Nach dem Einsetzen des Gestelles 2 in den Kolben 1 wird die Lampe ausgepumpt, gegebenenfalls mit inertem Gas gefüllt, wonach der Lampensockel 3 mit hitzehärtbarem Kitt geklebt wird, was ein an sich bekanntes Verfahren ist. Auf diese Weise wird die Lampe gemäß der Fig. 2 hergestellt. Das Entladungsgefäß 4

236 59 5 3

19*5·1982 60 263/16

wurde in diesem Beispiel aus einem 4»7 mm inneren Durchmesser besitzenden, 30 mm langen polykrystallischen Aluminiumoxydrohr hergestellt. Die Spitzenentfernung der in die Enden vakuumdicht eingebauten Elektroden beträgt 20 mm. Das Entladungsgefäß 4 enthält eine Xenonfüllung, deren Druck bei Raumtemperatur 20 Torr beträgt und die 25 Gewicht^ Natrium, 55 Gewicht% Kadmium und 20 Gewicht^ Quecksilber, als Entladungszusatzmaterialien enthalte Bei dieser Ausführung der erfindungsgemäßen Lampe beträgt der Lichtstrom 2700 lumen, die Brennspannung 100 V, die Leistungsaufnahme 40 W und die JFarb temperatur 2550 K. Die Lichtausbeute ist also 67»5 lumen /W · Bei den beiden Ausführungsbeispielen hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in den Kolben 1. ein die Reinheit des Füllgases und des Vakuumrauines sichernde Getter verwendet wird. Die erfindungsgemäßen Lampen können mit konventionellen, bei Hochdruck-Gasentladungslampen im allgemeinen verwendeten Vorschaltgeraten und Zündeinheiten in Betrieb gesetzt werden* Es können durch die Anwendung dieser Vorschaltgeräte solche kompakte Einheiten gebildet werden, die entweder lösbare Verbindung oder gemeinsame unlösbare Konstruktionselemente, zweckmäßigerweise mit Halbleitern abgeführten Hochfrequenzumwandler und/oder andere strombegrenzende Elemente enthalten, die gegebenenfalls Zündimpulse abgeben können. Diese Einheiten werden den Abmessungen und der Form der Lampe angepaßt. Die letzterwähnten Elemente können teilweise oder gänslich um den Halsteil des Kolbens 1 und/oder im Lampendeckel angeordnet sein oder den letzteren üblicherweise angepaßt werden»

Claims (5)

1. 236595 3

   19·5·1982

   60 263/16

   Erfindungsanspruch

   1. Hochdruck-Natriumdampflampe, die 'mit einem zu einer Passung oder zu einer Armature anschließbaren Lampensockel, mit einem gegenüber den umgebenden Luftraum hermetisch abgesperrten lichtdurchlässigen äußeren Kolben, und. mit einem in dem äußeren Kolben am Lampensockel durch Stromeinleitungen angeschlossenen,. Edelgas und Metallzusätze, besonders Natrium, Kadmium und/oder Quecksilber gehaltige Füllung aufweisenden, höchstens 5,5 mm inneren Durchmesser besitzenden, wesentlich rohrf'dnnigen, durchsichtigen oder transparenten, aus. Aluminiumoxyd hergestellte Wand aufweisenden Entladungsgefäß versehen ist, wobei das Entladungsgefäß mit den an den Stromeinleitungen elektrisch angeschlossenen Elektroden ausgestattet ist, ' gekennzeichnet dadurch, daß die Spitzenentfernung der Elektroden das 5,5-malige des größten Durchmessers des Entladungsgefäßes /4/ ist·
2. 2. Hochdruck-Natriumdampflampe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Entladungsgefäß /4/ in der longitudinalen Achse oder quer auf diese Achse des rundkörperförmigen äußeren Kolbens /1 / angeordnet ist»
3. 5. Hochdruck-Natriumdampflampe nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Lampe über eine Schaltungsanordnung verfügt, die zum äußeren Kolben /1/ anpaßbar ist, die ein strombegrenzendes, gegebenenfalls auch Zündimpulse herstellendes Schaltgerät besitzt·

   ! » Hochdruck-Natriumdampflampe nach Punkt 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterelemente enthaltenden Hochfrequenzumwandler versehen ist»
4. 19.5.1982 60 263/16

   Hochdruck-Natriumdampflampe nach einem der Punkte 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die dauerhafte Betriebsleistungsaufnahme des Entladungsgefäßes /4/ höchstens 100 W ist·.
5. 6. Hochdruck-lTatriumdampflampe nach einem der Punkte 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die größte Querschnittsbemessung in senkrechter Richtung des äußeren Kolbens /1/ 70 mm ist·