DD203430A3 - ELECTRODE STABILIZED HIGH-PRESSURE DISCHARGE LAMP WITH LIGHTING ACCESSORIES - Google Patents

Abstract

Ziel der Erfindung ist eine Gasentladungslampe, die im Dauerbetrieb hohe Leuchtdichten bei Farbtemperaturen von 3000 bis 4600K und Farbwiedergabeindizes ueber 90 ermoeglicht. Da die Hauptursache der Unzulaenglichkeiten bekannter Gasentladungslampen in der stofflichen Zusammensetzung der Lampenfuellung zu sehen ist, bestand die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer vorteilhafteren Lampenfuellung. Es wird eine Lampenfuellung angegeben, die einen hohen Anteil Indium und undissoziiertem Quecksilberhalogenid in der Entladung zur Folge hat und damit die gewuenschte Leuchtdichte, Farbtemperatur und Farbwiedergabe bewirkt.The aim of the invention is a gas discharge lamp, which allows high luminance at continuous temperatures of 3000 to 4600K and color rendering indexes over 90. Since the main cause of the unspecificities of known gas discharge lamps can be seen in the material composition of Lampenfüllung, the object of the invention was to specify a more advantageous Lampefuellung. It is given a Lampenfuellung, which has a high proportion of indium and undissoziiertem mercury halide in the discharge result and thus causes the desired luminance, color temperature and color reproduction.

Description

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Elektrodenstabilisierte Hochdruckentladungslampe mit LeuchtzusätzenElectrode-stabilized high-pressure discharge lamp with luminous additives

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung "bezieht sich, auf eine elektrische Entladungslampe» die besonders Torteilhaft in wissenschaftlichen Geräten in Zusammenhang mit der Aufnahme oder Wiedergabe γόη Farbmaterialien (Mikrofotografie, Bildprojektion) sowie kombiniert mit lichtbündelnden Vorrichtungen auch für andere Beleuchtungszwecke bei hohen Ansprüchen an die licht quälitat eingesetzt werden kann* Die Lampe eignet sich speziell zur Ablösung der für solche Zwecke üblichen Halogenglühlampen mit Färbtemperatüren im Bereich τοη 3200 + 200 K.The invention "refers to an electric discharge lamp" which is particularly Torteilhaft in scientific equipment in connection with the recording or playback γόη color materials (photomicrograph, image projection) and combined with light beaming devices for other lighting purposes with high demands on the licht quälitat can be used * The lamp is particularly suitable for the replacement of the usual for such purposes halogen lamps with color temperatures in the range τοη 3200 + 200 K.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Aus der umfangreichen Palette bekannter Gasentladungslichtquellen, werden in technischen Vorrichtungen mit erhöhter Lichtkonzentration insbesondere Konstruktionen mit hoherFrom the extensive range of known gas discharge light sources are in technical devices with increased light concentration in particular constructions with high

opoperating room

Leuchtdichte (über 1,2 . 10 cd/m ) eingesetzt., die die Abstrahlung elektrodenstabilisierter Lichtbogen ausnutzen* Als allein'strahlende Bogenmedien-kommen dafür vor allem Quecksilberdampf und Xenon (z.B. DD-WP 133 614) in Frage.Luminance (over 1.2, 10 cd / m) used, which exploit the radiation of electrode-stabilized arc * As alone'strahlende sheet media come in particular mercury vapor and xenon (for example, DD-WP 133 614) in question.

Eine weitere Klasse für diesen Zweck geeigneter Entladungslampen benutzt Füllungen, die diesen Grundgasen einen Leuchtzusatz wie z.B. Indiumjodid hinzufügen (siehe z.B. Wissenschaftlich-technische Abhandlungen der Osram-Gesellschaft Bd,9 (1972), S. 1 ff. bzw. US-PS 3,989,970). Auch die simultane Verwendung mehrerer Leuchtzusätze ist aus zahlreichen Patentschriften bekannt. Diese Leuchtzusatzkombinationen bestehenAnother class of discharge lamps suitable for this purpose uses fillings which provide these base gases with a luminous additive, such as a fluorescent lamp. Indium iodide add (see, for example, scientific and technical treatises of Osram Society Bd, 9 (1972), pp 1 et seq., And US Patent 3,989,970). The simultaneous use of several lighting additives is known from numerous patents. These lighting additive combinations exist

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im allgemeinen aus Halogenverbindimgenjvon Elementen wie Natrium, Thallium, Indium, Gallium, Lithium, Dysprosium, Scandium usw- (z.B. DS-AS 1 814 095 oder DE-OS 2 422 411). Heben diesen vorzugsweise durch die Emission von Atom- bzw. Zonenlinien in Erscheinung tretenden Zusätzen werden auch Molekülstrahlungsprozesse der Halogenide von Zinn., Aluminium, Quecksilber usw. genutzt (z.B. DE-OS 2 840 771 oder DE-OS 2 924 463).generally halogen-containing elements such as sodium, thallium, indium, gallium, lithium, dysprosium, scandium, etc. (e.g., DS-AS 1 814 095 or DE-OS 2 422 411). By lifting these additives, which preferably appear by the emission of atomic or zonal lines, molecular radiation processes of the halides of tin, aluminum, mercury, etc. are also used (for example DE-OS 2 840 771 or DE-OS 2 924 463).

Die genannten Lampensysteme, die zur Strahlungserzeugung höchstens einen Leuchtzusatz nutzen, können grundsätzlich keine hohen Farbwiedergabeansprüche bei gleichzeitig niedriger Färbtemperatür (S 3500 K) befriedigen. Die übrigen bekannten Systeme mit komplexerer Füllung sind dagegen entweder wegen zu geringer spezifischer Bogenleistung nicht zur Erzielung hoher Leuchtdichten geeignet (DE-OS 2 84O 771), oder verv/enden LeuchtZusatzkombinationen, die andere wesentliche Machteile besitzen. Typische Nachteile sind zu große Intensitätsunterschiede im sichtbaren Spektralbereich bzw. starke ' räumliche Farbinhomogenitäten des Lichtbogens (z. B. GB-PS 1,110,018). Ein besonderer Mangel.,von Systemen mit hoher Zinnhalogeniddosierung besteht in der Ausbildung stark absorbierender Handschichten, die. durch konvektive Bewegungen zu erheblichen AbStrahlungsschwankungen führen können.The lamp systems mentioned, which use at most one luminous additive to generate radiation, can in principle not satisfy high color rendering requirements with a simultaneously low dye temperature (S 3500 K). The other known systems with more complex filling, however, are either due to insufficient specific sheet performance not to achieve high luminance suitable (DE-OS 2 84O 771), or verv / end additions luminous addition, the other essential Machteile possess. Typical disadvantages are excessive differences in intensity in the visible spectral range or strong spatial color inhomogeneities of the arc (eg GB-PS 1,110,018). A particular shortcoming of high tin halide dosing systems is the formation of highly absorbent hand layers which. convective movements can lead to considerable radiation fluctuations.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist eine' Gasentladungslampe, die im Bauer-The aim of the invention is a 'gas discharge lamp, which in Bauer

o ρo ρ

betrieb Leuchtdichten von über 2.10 cd/nt (in einem aus dem Elektrodenspitzenabstand und der Intensitätshalbwertsbreite begrenzten Meßfeld), bei Farbtemperaturen im Bereich von 3OOO - AoOO Kj-Farbwiedergabeindices von über 90 und Farbaspekten von 0' + 0,005 ermöglicht..operating luminance of over 2.10 cd / nt (in a measuring field limited by the electrode tip distance and the intensity half-width), at color temperatures in the range of 3OOO - AoOO Kj color rendering indexes of over 90 and color aspects of 0 '+ 0.005.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Hauptursache für.'die technischen lachteile der bekannten Gasentladungslampen ist die stoffliche Zusammensetzung der verwendeten Lampenfüllungen. Der Erfindung liegt deshalb die Auf-The main reason for the technical disadvantages of the known gas discharge lamps is the material composition of the lamp fillings used. The invention therefore lies

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gäbe zngrtm.de, durch eine verbesserte Lampenfüllung und die Verwendung geeigneter Entladungsgefäße günstigere Abstran— lungsbedingungen zu schaffen.zngrtm.de would like to create more favorable conditions of disinfec- tion through improved lamp filling and the use of suitable discharge vessels.

Die erfindungsgemäße Lampenfüllung basiert auf den Elementen Quecksilber, Indium (bzw. Gallium), natrium, Lithium, Thallium, Zinn (bzw. Aluminium) sowie den Molekülbildungspartnern Jod, Brom und Chlor; als Zündhilfe wird - wie allgemein üblich - eine bestimmte Edelgasmenge verwendet.The lamp filling according to the invention is based on the elements mercury, indium (or gallium), sodium, lithium, thallium, tin (or aluminum) and the molecule forming partners iodine, bromine and chlorine; As a starting aid - as usual - a certain amount of noble gas is used.

3 Erfindungsgemäß liegen im Entladungsgefäß pro cm 0,018 bis 1,8 mg Ar; 10 bis 200 mg Hg; 0,62 bis 6,2 mg In; 0,015 bis 0,6 mg Na; 2,5 bis 50 jug Li; 0,065 bis 0,65 mg Sn; 1 bis 17 mg J und maximal 1,2 mg Tl vor, wobei J moläquivalent bis zu 50 % durch Br und/oder Cl ersetzbar ist, In durch Ga, Sn durch Al und Ar durch andere Edelgase moläquivalent vollständig oder teilweise ersetzt werden können.3 According to the invention are in the discharge vessel per cm 0.018 to 1.8 mg of Ar; 10 to 200 mg Hg; 0.62 to 6.2 mg In; 0.015 to 0.6 mg Na; 2.5 to 50 yuan Li; 0.065 to 0.65 mg of Sn; 1 to 17 mg J and a maximum of 1.2 mg Tl, where J molar equivalent to 50 % by Br and / or Cl is replaceable, In by Ga, Sn by Al and Ar can be replaced by other noble gases molar equivalent completely or partially.

Das Quecksilber übernimmt die Punktion des Puffergases und tritt daneben durch die Emission von Atomlinien sowie als Halogenverbindung durch Molekülstrahlungsprozesse in Erscheinung. Ein weiterer Hauptbestandteil ist Indium (teilweise oder vollständig ersetzbar durch Gallium). Durch seinen hohen Partialdruck werden die beiden Indiumresonanzlinien 410,2 und 451,1 nm (bzw. Galliumresonanzlinien 403,3 und 417 j2 mn) stark selbstumgekehrt, wie dies von hoch dotierten Indium(Gallium)-Entladungslampen bekannt ist. Im gesamten übrigen sichtbaren Spektralbereich erfolgt dagegen durch .die langwelligen Flügel der Resonanzlinien und durch Indiumhalogenid-(bzw. Galliumhalogenid~)Molekülkontinua eine intensive Abstrahlung, in der die kurzwelligen Anteile nicht mehr dominieren.The mercury takes over the puncture of the buffer gas and occurs in addition by the emission of atomic lines and as a halogen compound by molecular radiation processes in appearance. Another major constituent is indium (partially or fully replaceable by gallium). Due to its high partial pressure, the two indium resonance lines 410.2 and 451.1 nm (or gallium resonance lines 403.3 and 417 j2 mn, respectively) are strongly self-reversed, as is known from highly doped indium (gallium) discharge lamps. In the rest of the visible spectral range, on the other hand, the long-wave wings of the resonance lines and indium halide (or gallium halide) molecular continua cause intensive radiation in which the short-wave components no longer dominate.

Das durch einen hohen Halogenanteil im Entladungsgefäß vorhandene Quecksilberhalogenid ist (im Unterschied zu anderen Molekülen) auch in den zentralen Teilen des Lichtbogens, trotz der dort vorliegenden hohen Temperaturen, noch in bemerkenswert hoher Konzentration undissoziiert vertreten. Heben einer kräftigen kontinuierlichen Emission, die für die Erzielung hoher Leuchtdichten eine bedeutende Holle spielt, bewirktThe mercury halide present in the discharge vessel due to a high halogen content is (unlike other molecules) even in the central parts of the arc, despite the high temperatures present there, still undissociated in a remarkably high concentration. Lifting a vigorous continuous emission that plays a significant role in achieving high luminance causes

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insbesondere Quecksilber;]od±d im Bereich unterhalb 4-60 nm eine starke Reduzierung der Plasmaabstrahlung durch Absorption, Im Z_usammenspiel mit der Selbstabsorption der genannten Indium- bzw. Galliumlinien trägt dies wesentlich zur gewünschten Parbtemperaturabsenkung bei.especially mercury] od ± d in the range 4-60 nm below a strong reduction of plasma radiation due to absorption in the Z _u interplay with the self-absorption of said indium or Galliumlinien this contributes significantly to the desired Parbtemperaturabsenkung.

Dieses lichttechnisch hochwertige Grundspektrum wird durch die z.T. erheblich verbreiterten Resonanzlinien der Elemente ITatrium und Lithium (eventuell ergänzt durch Thallium) weiter verbessert.This photometric high-quality basic spectrum is determined by the z.T. significantly widened resonance lines of the elements ITatrium and lithium (possibly supplemented by thallium) further improved.

Im Interesse einer hohen Lampenlebensdauer sollten die Wandtemperaturen des Entladungsgefäßes möglichst niedrig gehalten v/erden. Da jedoch die für eine optimale Abstrahlung notwendigen Dampfdrücke einiger Halogenverbindungen erst bei Minimaltemperaturen im Entladungsgefäß von über 700 C entstehen wurden, erweist es sich als günstig, die Verdampfung durch Molekülkomplexe zu fördern. Als Komplexpartner insbesondere für das Natriumhalogenid werden neben dem ohnehin vorhandenen Indium-(bzw. Gallium-)Halogenid in wesentlichem Umfang Halogenverbindungen der Elemente Zinn und/oder Aluminium wirksam. Auf Grund ihrer Füllmengenbegrenzung treten diese Zusätze nur in geringerem Maße direkt durch Emissions- oder Absorptionsprozesse in Erscheinung.In the interest of a long lamp life, the wall temperatures of the discharge vessel should be kept as low as possible. However, since the necessary for optimum radiation vapor pressures of some halogen compounds were only at minimum temperatures in the discharge vessel of about 700 C, it proves to be beneficial to promote the evaporation by molecular complexes. In addition to the indium (or gallium) halide present in any case, halogen compounds of the elements tin and / or aluminum are effective as complex partners, in particular for the sodium halide. Due to their Füllmengenbegrenzung these additives occur only to a lesser extent directly by emission or absorption processes in appearance.

Für den Betrieb des Lichtbogens werden Entladungsgefäße aus durchsichtigen, hochtemperaturfesten Werkstoffen verwendet. Eine zusätzliche "Verbesserung der Langzeitstabilität kann durch eine temperaturbeständige Beschichtung der Innenwand mit Stoffen wie z.B. Al₀O₀ erzielt werden. Das 'Temperaturprofil der Entladungsgefäßwand kann, durch partielles äußeres Auf tragen von Stoffen, wie ZrQ₉, Al₉O.,, Graphit oder korrosionsbeständigen Metallen," sowie durch die Anwendung von Hüllkolben (die mit zusätzlichen wärmereflektierenden Schichten versehen sein können) gezielt angehoben werden.For the operation of the arc discharge vessels made of transparent, high temperature resistant materials are used. An additional "improvement in the long-term stability can be achieved by a temperature-resistant coating of the inner wall with substances such as Al ₀ O _0. The temperature profile of the discharge vessel wall, by partial external wear of substances such as ZrQ ₉ , Al ₉ O ,, ,, graphite or corrosion-resistant metals, "as well as by the use of enveloping pistons (which may be provided with additional heat-reflecting layers) are raised specifically.

Zur Ausbildung eines elektrodenstabilisierten Lichtbogens mit ausreichend hohen Leuchtdichten, beträgt der ElektrodenabstandTo form an electrode-stabilized arc with sufficiently high luminance, the electrode spacing is

in cm erfindungsgemäß maximal 0,06 -\ßP (Iin cm according to the invention a maximum of 0.06 -

IT ist die in Watt ge-IT is the wattage

Watt gWatts g

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messene elektrische Bogenleistung) und die spezifische Bogenleistung mehr als 0,3 k¥ pro cm· Bogenlänge.measured electric arc power) and the specific sheet capacity more than 0.3 k ¥ per cm · arc length.

Die Energieverteilung des Spektrums einer erfindungsgemäßen Lampe ist in Fig. 1 im 5 nm-Raster dargestellt. Sie dokumentiert die j02ig.ewölinliche spektrale Ausgewogenheit des erzeugten Lichts.The energy distribution of the spectrum of a lamp according to the invention is shown in Fig. 1 in 5 nm grid. It documents the J02ig.ewölinliche spectral balance of the generated light.

Ausführungsbeispielembodiment

Eine erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe besteht ans einem annähernd kugelförmigen Entladungsgefäß aus Kieselglas ohne zusätzlichen Hüllkolben mit einem Innenvolumen von 1,4 cm. Der Abstand der Elektrodenspitzen beträgt 2,8 mm.A high-pressure discharge lamp according to the invention consists of an approximately spherical discharge vessel of silica glass without additional enveloping pistons with an internal volume of 1.4 cm. The distance between the electrode tips is 2.8 mm.

In diesem Gefäß befinden sich neben 0,16 mg Ar als Zündgas, 70 mg Hg; 2,4 mg InJ; 2 mg HgJ; 1 ,.2 mg HaJ; .0,3 mg LiJ; 0,1 mg TlJ sowie 0,7 mg SnJp. Die mit einem Yorschaltgerät an 220 Ύ Wechselspannung betriebene Entladung konvertiert nach einer Einbrennzeit von 10 min eine elektrische Leistung von 250 W. Die Färbtemperatur beträgt 3400 K, die Leuchtdichte (in einem Meßfeld 0,8 χ 2,8 mm) mehr als 21 . TO⁸ cd/m².In this vessel are next to 0.16 mg of Ar as ignition gas, 70 mg Hg; 2.4 mg InJ; 2 mg HgJ; 1, 2 mg HaJ; .0.3 mg LiJ; 0.1 mg TlJ and 0.7 mg SnJp. The discharge, operated with a Yorschaltgerät at 220 Ύ AC voltage converted after a burn time of 10 minutes, an electrical power of 250 W. The dyeing temperature is 3400 K, the luminance (in a measuring field 0.8 χ 2.8 mm) more than 21. TO ⁸ cd / m ² .

Claims (5)

Γ O **\ / » r\ Erfindungsanspruch "~ ^^UuRf^ ^Γ O ** \ / »r \ claim of invention" ^ ^ UuRf ^ ^ .1. Elektrodenstabilisierte Hochdruckentladungslampe mit Leuchtzusätzen in einem abgeschlossenen Entladungsgefäß aus durchsichtigen, hochtemperaturesten Werkstoffen und mindestens zwei Hauptelektroden, gekennzeichnet dadurch, daß.1. Electrode-stabilized high-pressure discharge lamp with luminous additives in a closed discharge vessel of transparent, high-temperature materials and at least two main electrodes, characterized in that im Entladungsgefäß pro cm Rauminhalt folgende Mengen chemischer Elemente vorliegen, die untereinander Verbindungen eingehen können: 0,018 bis 1,8 mg Argon;' 10 bis 200 mg Quecksilber; 0,62 bis S,2 mg Indium; 0,015 bis 0,6 mg Natrium; 2,5 bis 50/Ug Lithium; 0,055 bis. 0,65 mg Zinn; 1 bis 17 mg 3od; maximal 1,2 mg Thallium, daß der Spitzenabstand der Hauptelektroden in cm weniger als 5 % des Betrages der Quadratwurzel aus der elektrischen Bogenleistung in Watt beträgt und die spezifische Bogenleistung 0,3 kW pro cm Bogenlänge übertrifft.in the discharge vessel per cm volume of the following quantities of chemical elements are present, which can enter into each other compounds: 0.018 to 1.8 mg of argon; ' 10 to 200 mg of mercury; From 0.62 to S, 2 mg of indium; 0.015 to 0.6 mg of sodium; 2.5 to 50 / ug lithium; 0.055 to. 0.65 mg of tin; 1 to 17 mg 3od; a maximum of 1.2 mg thallium, that the peak pitch of the main electrodes in cm is less than 5 % of the square root of the electrical arc power in watts and the specific arc power exceeds 0.3 kW per cm arc length. 2. Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Ood moläquivalent zu maximal 50 % durch Brom und/oder Chlor ersetzt ist.2. High-pressure discharge lamp according to item 1, characterized in that oe molar equivalent to a maximum of 50 % is replaced by bromine and / or chlorine. 3« Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß Indium moläquivalent vollständig oder teilweise durch Gallium ersetzt ist.3 «high-pressure discharge lamp according to item 1 and 2, characterized in that indium molar equivalent is completely or partially replaced by gallium. 4» Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß Zinn moläquivalent vollständig oder teilweise durch Aluminium ersetzt ist.4 »high-pressure discharge lamp according to item 1 to 3, characterized in that tin molar equivalent is completely or partially replaced by aluminum. 5. Hochdruckentladungslampe nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, äa& das Zündgas Argon moläquivalent vollständig oder teilweise durch andere Edelgase ersetzt ist»5. High-pressure discharge lamp according to item 1 to 4, characterized in that aa & the starting gas argon is replaced molar equivalents completely or partially by other noble gases » Hierzu 1 Seite ZeichnunganTo this 1 page drawing