DE2535921A1

DE2535921A1 - Quecksilberdampf-hochdruckentladungslampe mit zusatz von metallhalogeniden fuer horizontale brennlage

Info

Publication number: DE2535921A1
Application number: DE19752535921
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl Ing Dobrusskin; Bernhard Prof Dr Kuehl
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1975-08-12
Filing date: 1975-08-12
Publication date: 1977-03-03
Also published as: FR2321187A1; FR2321187B3; GB1558508A

Description

Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH, München

Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden für horizontale Brennlage

Die Erfindung betrifft eine Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden für horizontale Brennlage, die ein längliches Entladungsgefäß, vorzugsweise aus Quarzglas, mit an den schmalen Enden in das Innere ragenden Elektroden und einen das Entladungsgefäß umgebenden Hüllkolben besitzt, wobei das Entladungsgefäß einen wärmestauenden Belag aufweist.

Es ist bekannt, bei derartigen Lampen eine wärmereflektierende Schicht jeweils an den Enden des Entladungsgefäßes aufzubringen (DT-OS 1 957 978). Diese warmestauenden Endbeläge dienen dazu, die kältesten Bereiche des Entladungsgefäßes - die Enden des Brennerrohres hinter den Elektroden - aufzuheizen, um dort ein Kondensieren der Metallhalogenide zu vermeiden, die im Betriebszustand der Lampe als gesättigte Dämpfe vorliegen und deren Dampfdruck und Dampfdichte von der kältesten Stelle des Entladungsgefäßes bestimmt werden. Es haben sich Beläge aus Zirkondioxid als besonders günstig erwiesen. Um eine zusätzliche Aufheizung des gesamten Brenners zu erreichen, ist die Hochdruckentladungslampe gemäß der DT-OS 1 957 978 außerdem mit einem das Entladungsgefäß dicht umge-

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benden Hüllkolben ausgestattet, dessen Innenwand mit einer die Infrarotstrahlung reflektierenden Schicht, zum Beispiel aus Zinnoxid, versehen sein kann. Während die Entladungsgefäße bei Lampen für den Betrieb in horizontaler Lage gleichgroße Bndbeläge aufweisen, die jeweils etwa bis zu den vorderen Elektrodenenden reichen, hat es sich als günstig erwiesen, die Entladungsgefäße bei Lampen für vertikale oder schräge Brennlage an den Enden mit wärmereflektierenden Belägen unterschiedlicher Ausdehung zu versehen (DT-OS 2 106 447)· Dabei ist der in Brennstellung am oberen Entladungsgefäßende befindliche Wärmestaubelag kleiner als der am unteren Gefäßende. Durch eine derartige asymmetrische Anordnung der Endbeläge soll der zwischen den beiden Enden des Entladungsgefäßes herrschende Temperaturunterschied - das obere Brennerrohrende heizt sich durch Konvektion stärker auf - ausgeglichen werden. Es ist auch vorgeschlagen worden, den Quarzbrenner eines Ultraviolettstrahlers auf der Oberfläche mit einer als Filter dienenden Oxidschicht zu versehen, die aus Zinkoxid und/oder Zirkonoxid (ZrO_) besteht (DT-PS 1 134 758). Dabei wird jedoch die Strahlung mit Wellenlängen über 2100 A - also auch der Infrarotanteil unvermindert durchgelassen, während die ozonbildende Strahlung unterhalb 19ΟΟ X absorbiert wird.

Beim Betrieb einer Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogenidzusatz in horizontaler Lage biegt sich der Entladungsbogen infolge von Konvektion aus der Lampenlängsachse nach oben durch. Dies führt zu sehr großen Temperaturunterschieden auf der Entladungsgefäßwand. So wird zum Beispiel die obere Wand des Brennerrohres gegenüber der unteren wesentlich stärker erhitzt. Es ist jedoch erwünscht, die Temperaturunterschiede auf der Entladungsgefäßwand möglichst klein zu halten, da dann die mittlere Temperatur im Entladungsgefäß höher gewählt werden kann. Durch eine höhere Temperatur im Entladungsgefäß läßt sich ein höherer Dampfdruck der Metallhalogenide und damit eine höhere Lichtausbeute erreichen.

Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Lampe mit möglichst gleichmäßiger Temperaturverteilung über die Entladungsgefäßwand

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und möglichst hoher Temperatur der kühlsten Stelle zu schaffen. Dabei soll eine niedrige Farbtemperatur der Entladung bei hoher Lichtausbeute und guten Farbwiedergabeeigenschaften erreicht werden.

Die Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden für horizontale Brennlage, die ein längliches Entladungsgefäß, vorzugsweise aus Quarzglas, mit an den schmalen Enden in das Innere ragenden Elektroden und einen das Entladungsgefäß umgebenden Hüllkolben besitzt, wobei das Entladungsgefäß einen wärmestauenden Belag aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Belag mindestens auf dem zwischen den vorderen Elektrodenenden liegenden Teil des Entladungsgefäßes als ein sich in Längsrichtung des Entladungsgefäßes erstreckender Streifen ausgebildet ist, der sich in Brennstellung der Lampe auf dem unteren Teil des Entladungsgefäßes befindet. Dabei kann der wärmestauende Streifen etwa ab den vorderen Elektrodenenden zu den Entladungsgefäßenden hin verbreitert sein, zum Beispiel, indem er in Höhe der vorderen Elektrodenenden in Wärmestaubeläge übergeht, die die Entladungsgefäßenden vollständig umgeben. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den wärmestauenden Streifen auf dem zwischen den vorderen Elektrodenenden liegenden Teil des Entladungsgefäßes mit einer gleichmäßigen Breite zu versehen. Der wärmestauende Belag kann aber auch genau dem Temperaturverlauf des Entladungsgefäßes angepaßt sein, indem er an den Querschnittsstellen des Entladungsgefäßes, die eine niedrigere Temperatur aufweisen, eine größere Breite besitzt. Der wärmestauende Belag ist auf dem zwischen den vorderen Elektrodenenden liegenden Teil des Entladungsgefäßes bevorzugt als durchgehender Streifen ausgebildet, der direkt in die Endbeläge übergeht. Der Streifen kann aber auch zu den Endbelägen unterbrochen sein oder aus streifenförmig nebeneinander angeordneten Teilstücken bestehen. Als Material für den wärmestauenden Belag hat sich Zirkondioxid als am günstigsten erwiesen, da sein Reflexionskoeffizient für die Infrarotstrahlung sehr hoch ist. Auch mit Belägen aus Zinndioxid, das für sichtbare Strahlung durchlässig ist und auf In-

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frarotstrahlung absorbierend wirkt , konnten gute Ergebnisse erzielt werden. Wärmestauende Beläge aus diesen Materialien werden außen auf das Entladungsgefäß aufgebracht. Experimentelle Untersuchungen haben ergeben, die Breite des wärmestauenden Streifens auf dem zwischen den vorderen Elektrodenenden liegenden Teil des Entladungsgefäßes vorteilhafterweise so zu wählen, daß mindestens 3% und höchstens 50% des Entladungsgefäßumfanges vom Streifen abgedeckt werden. Als besonders günstig hat sich eine Streifenbreite herausgestellt, bei der das Entladungsgefäß auf seiner Unterseite über 13% bis 22% seines Umfanges bedeckt ist. Diese als vorteilhaft erachteten Bereiche für die Breite des wärmestauenden Streifens sind das Ergebnis eines Kompromisses zwischen möglichst niedriger Färbtemperatur der Entladung und möglichst hoher Lichtausbeute. Bei zunehmender Streifenbreite nimmt die Lichtausbeute der Entladung durch die dadurch erzielte Dampfdichtesteigerung zunächst zu.Überschreitet die Streifenbreite ein bestimmtes Maß, so heben die Absorptionsverluste im Värmestaustreifen den Lichtausbeutegewinn wieder auf. Bei noch größeren Streifenbreiten nimmt die Lichtausbeute sogar ab. Die Farbtemperatur erniedrigt sich monoton mit zunehmender Streifenbreite. Mit den größeren Streifenbreiten läßt sich eine Farbtemperatur von 4000 K bei noch 70 lm/W erreichen. Bei dem vorzugsweise angegebenen Bereich liegt eine Lichtausbeute von fast 80 lm/W vor und trotzdem kann die Farbtemperatur von ca. 6000 K auf etwa 4300 K gesenkt werden. Der auf der Unterseite der horizontal brennenden Lampe aufgebrachte wärmestauende Streifen bewirkt, daß die untere Entladungsgefäßwand eine höhere Temperatur erhält. Dadurch wird der nichtverdampfte Anteil der im Betrieb der Lampe in Sättigung vorliegenden Metallhalogenide, der sich als Kondensat auf der unteren Gefäßwand absetzt, stärker erwärmt, wodurch eine größere Menge an Metallhalogeniden verdampfen kann. Es ist vorteilhaft-, den Wärmestaustreifen auf der Unterseite des Entladungsgefäßes mit an den Entladungsgefäßenden aufgebrachten, üblichen Wärmestaubelägen zu kombinieren. Dadurch läßt sich eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung über die Entladungsgefäßwand erreichen. Zu demselben Zweck können auch die an den schmalen Enden des Entladungsgefäßes in das Innere ragenden Hauptelektroden

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so angeordnet werden, daß sie mit ihren vorderen Enden unterhalb der Lampenlängsachse zu liegen kommen. In einer günstigen Anordnung sind die Elektroden schräg zur Lampenachse eingesetzt und ihre vorderen Enden dem wärmestauenden Streifen auf der Unterseite - der in horizontaler Lage betriebenen Lampe - zugewandt. Die Bogenansatzpunkte an den Elektroden liegen dann unterhalb der Lampenlängsachse, so daß die mittlere Abweichung des Bogenverlaufs von der Lampenlängsachse möglichst gering ist, um die Temperatur des Entladungsgefäßes an allen Stellen möglichst gleich zu halten. Damit rückt auch der Entladungsbogen näher an den Boden des Entladungsgefäßes, so daß eine noch stärkere Verdampfung der dort befindlichen Metallhalogenide erreicht wird. Bei diesen schräg eingesetzten Elektroden ist es zweckmäßig, auch die wärmestauenden Endbeläge asymmetrisch zu formen, und zwar derart, daß die Wärmestaubeläge die Entladungsgefäßwand« auf der den Elektroden fernen Seite weiter bedecken als auf der den Elektroden nahen Seite. Für die erfindungsgemäßen Lampen sind die Halogenide der Seltenerdmetalle besonders geeignet. Als Elektrodenmaterial wird Wolfram verwendet, das statt mit Thoriumoxid vorzugsweise mit bis zu 5 Gew% Oxid der Seltenerdmetalle aktiviert ist, beispielsweise mit 1 Gew% bis 3 Gew% Dysprosiumoxid (Dy O₀). Der Hüllkolben kann das EntIadungsgefäß verhältnismäßig eng umgeben und besteht dann aus Quarzglas. Das Verhältnis von Hüllkolbeninnendurchmesser und Entladungsgefäßaußendurchraesser beträgt weniger als 2:1, vorzugsweise 1,7 bis 1,1. Der Raum zwischen Entladungsgefäß und Hüllkolben ist vorteilhafterweise evakuiert.

Mit der Lampe in der erfindungsgemäßen Ausführung wird erreicht, daß ohne Verkleinerung des Entladungsgefäßes - die zu einer Lebensdauerverkürzung führen würde - der Dampfdruck der Metallhalogenide erhöht und damit die Färbtemperatur gesenkt wird. Bei Verwendung der besonders günstigen Halogenide der Seltenerdmetalle beträgt die Farbtemperatur statt 60OO K nur 4000 K bis 4500 K bei einer Lichtausbeute von 7° Im bis 80 lm/W. Der Farbwiedergabeindex R wird von

el

86 auf 93 erhöht.

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In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Lampe gemäß der Erfindung schematisch wiedergegeben.

In der Figur hat das zylindrische Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas einen Innendurchmesser von 15 bis l6 mm, das Volumen beträgt 6 cm An jedem Ende befindet sich je eine Elektrode 2 und 3 aus Wolfram, das vorzugsweise mit 1 Gew% bis 3 Gew% Dysprosiumoxid (Dy O) aktiviert ist. Die Elektrodenspitzen 4 und 5 sind in der Lampenlängsachse angeordnet. Der Elektrodenabstand beträgt 25 nun. Mittels der Folieneinschmelzungen 6 und 7 sind die Elektroden 2 und 3 mit den Stromzuführungen 8 und 9 verbunden. Auf der Unterseite des Entladungsgefäßes 1 ist außen ein die Wärmestrahlen stauender und reflektierender Belag in Form eines Längsstreifens 10 aus Zirkondioxid aufgebracht, der den zwischen den Elektrodenspitzen 4 und 5 liegenden Teil des Entladungsgefäßes 1 bedeckt. Die Breite des Streifens 10 beträgt nach gewünschter Temperaturverteilung im Entladungsraum 2 mm bis 25 mm, vorzugsweise 8 mm bis 12 mm. Jedes Ende des Entladungsgefäßes 1 ist mit einem Wärmestaubelag 11 und 12, ebenfalls aus ZrO₀, versehen, wobei die Beläge jeweils in Höhe der Elektrodenspitzen 4 und 5 enden. Das Entladungsgefäß 1 ist von einem Hüllkolben 13 aus Quarzglas umgeben, dessen Innendurchmesser 21 mm beträgt. Der Hüllkolben 13 ist evakuiert. Die Füllung des Entladungsgefäßes 1 besteht aus einem Zündgas, zum Beispiel Argon von 30 Torr, 10 mg Hg, je l/3 mg Dy, Ho und Tm, 4 mg HgJ_n, 1 mg TlJ sowie 1 mg CsJ zur Stabilisierung des Bogens. Die Konstruktionsdaten und Füllmengen gelten für eine Lampe mit einer Leistungsaufnahme von 250 W bei 3 A Lampenstrom und 100 V Brennspannung. Die Lichtausbeute beträgt 70 Im bis 80 lm/W, die Farbtemperatur liegt bei 43OO K.

Die Lampe kann durch ihre Eigenschaften sowohl für Innenraumbeleuchtung als auch für Straßenbeleuchtung verwendet werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden für horizontale Brennlage, die ein längliches Entladungsgefäß, vorzugsweise aus Quarzglas, mit an den schmalen Enden in das Innere ragenden Elektroden und einen das Entladungsgefäß umgebenden Hüllkolben besitzt, wobei das Entladungsgefäß einen wärmestauenden Belag aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Belag mindestens auf dem zwischen den vorderen Elektrodenenden liegenden Teil des Entladungsgefäßes als ein sich in Längsrichtung des Entladungsgefäßes erstreckender Streifen ausgebildet ist, der sich in Brennstellung der Lampe auf dem unteren Teil des Entladungsgefäßes befindet.
2. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Streifen etwa ab den vorderen Elektrodenenden zu den Entladungsgefäßenden hin verbreitert ist·
3· Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Streifen etwa in Höhe der vorderen Elektrodenenden in die Entladungsgefäßenden vollständig umgebende Wärmestaubeläge übergeht.
4. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Belag mindestens auf dem zwischen den vorderen Elektrodenenden liegenden Teil des Entladungsgefäßes eine gleichmäßige Breite aufweist.

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5. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Belag mindestens auf dem zwischen den vorderen Elektrodenenden liegenden Teil des Entladungsgefäßes dem Temperaturverlauf des Entladungsgefäßes angepaßt ist, derart, daß an Querschnittsstellen des Entladungsgefäßes mit einer niedrigeren Temperatur der wärmestauende Belag eine größere Breite besitzt.
6. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 5 t dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Belag aus Zirkondioxid besteht.
7· Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Belag aus Zinndioxid besteht.
8. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Belag außen auf dem Entladungsgefäß aufgebracht ist.
9· Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmestauende Streifen auf dem zwischen den vorderen Elektrodenenden liegenden Teil des Entladungsgefäßes mindestens 3% und höchstens 50% des Umfanges des Entladungsgefäßes, vorzugsweise 13% bis 22% des Umfanges, bedeckt.
10. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in das Entladungsgefäß ragenden Hauptelektroden mit ihren vorderen Enden unterhalb der Lampenlängsachse liegen.

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11. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden schräg zur Lampenachse eingesetzt sind und ihre vorderen Enden dem wärmestauenden Streifen zugewandt sind.
12. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 3» 1° "^nd 11» dadurch gekennzeichnet, daß die die Entladungsgefäßenden vollständig umgebenden Wärmestaubeläge die Entladungsgefäßwand auf der den Elektroden fernen Seite weiter bedecken als auf der den Elektroden nahen Seite.

13· Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallhalogenide Halogenide der Seltenerdmetalle sind.

l4. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Zusatz von Metallhalogeniden nach Anspruch 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß bei dem das Entladungsgefäß umgebenden Hüllkolben das Verhältnis von Hüllkolbeninnendurchmesser und Entladungsgefäßaußendurchmesser weniger als 2 : 1, vorzugsweise 1,7 bis 1,1,beträgt und der Hüllkolben aus Quarzglas besteht.

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