DE2655167C2

DE2655167C2 - Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogeniden

Info

Publication number: DE2655167C2
Application number: DE2655167A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Phys. Dr. 8151 Warngau Fromm; Jürgen Dipl.-Ing. Seehawer; Wolf-Jürgen Dipl.-Phys. Wagner; Erich 8000 München Winzerling
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1976-12-06
Publication date: 1986-12-18
Also published as: FR2373157B1; GB1584417A; DE2655167A1; US4171498A; FR2373157A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine geregelte Differenzverstärkerstufe, bei der zur Vermeidung von Übersteuerungen die Verstärkung mit zunehmender Amplitude des Eingangsignals reduziert wird. Dies geschieht mit Hilfe eines veränderbaren dynamischen Widerstandes, der zwischen die Emitterelektroden und/oder Kollektorelektroden der Verstärkertransistoren geschaltet ist. Nach der Erfindung besteht dieser veränderbare dynamische Widerstand aus den Kollektor-Emitterstrecken von zwei, an den Emitterelektroden miteinander verbundenen gleichartigen Transistoren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem, hochtemperaturfestem Material, in das Entladungsgefäß eingeschmolzenen Elektroden aus schwer schmelzbarem Metall und einer Füllung, die Quecksilber als ruifergas und cm Edelgas uder reuiiiüg-GciniSCu ä'iS Zündgas sowie Zusätze von Metallhalogeniden enthält, unter denen sich mindestens Zinn- und Natriumhalogenid befinden, wobei ein Betriebsdruck von 5 bis 50 bar vorliegt und die Lampe eine spezifische Bogenleistung von 100 bis 300 W/cm Bogenlänge sowie eine Wandbelastung von 15 bis 100 W/cm² aufweist.

Mit der DE-OS 26 05 290 ist eine Hochdruckentladungslampe beschrieben, bei der in der Füllung ein im Betrieb flüchtiges komplexes Halogenid von Zinn und Natrium enthalten ist. Als Halogen ist Chlor und Jod oder Brom und Jod oder Brom allein vorgesehen. Wie aus den Beispielen ersichtlich, wird bevorzugt von einer Kombination Chlor und Jod ausgegangen. Die Wandbelastung dieser Lampe kann zwischen 10 bis 100 W/cm² betragen. In den aufgeführten Beispielen beträgt der Elektrodenabstand 20 mm, womit sich bei der genannten Lampenleistung von 260 W eine spezifische Bogenleistung von 130 W/cm Bogenlänge ergibt Dieser in bezug auf die angegebene Brennergeometrie relativ große Elektrodenabstand bewirkt einen wandstabilisierten Bogen. Mit diesen Lampen wird nur eine Farbtemperatur zwischen 3900 und 4600 K (neutralweiße Lichtfarbe) erreicht Niedrigere Farbtemperaturen, insbesondere solche, die einer warmweißen Lichtfarbe entsprechen (unter 3300 K), sind mit diesen Lampen nicht zu erhaltea

Weiter ist nach der DE-AS 17 64 979 eine Hochdruckentladungslampe bekannt, bei der die Füllung Natriumhalogenid enthält und außerdem einen Zusatz, z. B. Zinnhalogenid, aufweist, der einen regenerativen Halogenzyklus bewirkt, so daß Ablagerungen von Elektrodenmaterial an den Gefäßwänden vermieden werden.

Dabei ist ein Ausführungsbeispiel genannt bei dem die Füllung Natriumjodid und Zinnjodid enthalten kann. Der angegebene Quecksilberpartialdruck von 0,5 bis 10 bar und der relativ große Elektrodenabstand, auf den sich schließen läßt (Langbogen von ca. 30 mm bei einem Entladungsgefäßvolumen von 18 cm³), machen deutlich, daß sich mit einer solchen Lampe keine warmweiße Lichtfarbe erreichen läßt

Nach der DE-OS 24 08 572 wird bei einer Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe, die Zinnhalogenid enthält, zur Senkung der Farbtemperatur Lithiumhalogenid zugegeben, wobei bis zu 50 Mol-% des Lithiumhalogenids durch Natriumhalogenid ersetzt sein kann. Für die insbesondere durch die Beigabe des Lithiumhalogenids erreichte Farbtemperatur sind Werte von 3780 und 4960 K angegeben, wobei die Lichtausbeute bei lediglich 60 lm/W liegt. Der Elektrodenabstand bei einer solchen Lampe beträgt dabei ca. 40 mm.

Aus der DE-OS 24:22 411 ist schließlich bekannt, in einer Quecksilberdampfhochdruckentladungslampe als Füllung neben dem Quecksilber mindestens eines der Halogene Jod, Brom, Chlor, ein Halogenid von mindestens einem der Metalle der Alkali- bzw. Erdalkalimetalle und gegebenenfalls von Cadmium, Gallium, Indium, Thallium, Zinn, Scandium, Yttrium und Seltene Erden sowie ein leichtflüchtiges Halogenid zu verwenden. Als leichtflüchtiges Halogenid wird Aluminiumhalogcnid oder Aluminiumhalogcnid und zusätzlich die Halogenide des dreiwertigen Eisens, des zweiwertigen Zinns und/oder des dreiwertigen Indiums angegeben. Aus den zahlreichen Beispielen geht hervor, daß im wesentlichen das Chlorid von Aluminium, seltener das Bromid zugesetzt wird. Es soll damit folgendes Problem gelöst werden: Infolge der Schwerflüchtigkeit der Alkalimetall- und Erdalkalimetallhalogenide befindet sich unter nor-

eu malen Bedingungen liiuhi genug Halogenid im Däiiipfzustand in der Lampe, was sich auf die Lichtausbeutc und die Farbwiedergabe der Lampe auswirkt. Durch das leichtflüchtige Aluminiumchlorid, das mit den schwerflüchtigen Alkalimetall- und Erdalkalimetallhalogeniden eine gasförmige Verbindung bildet, soll eine Erhöhung des effektiven Partialdruckes der schwerflüchtigen Verbindungen erzielt werden, ohne die Wärmebelastung der Entladungsgefäßwand zu erhöhen. In

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$ der Offenlegungsschrift sind auch Lampen mit einer hohen Farbtemperatur (Licht m'cht warm genug) oder %.; Füllung von Natriumiodid und Zinnjodid mit und ohne wegen der zu schlechten Farbwiedergabe (Natrium- : Aluminiumchlorid angegeben. Danach ist es offensicht- hochdrucklampe) nicht geeignet für die Raumbeleuch-LI lieh, daß mit einem Zusatz von Zinnjodid zum Natrium- tung. Außerdem ist es für die Innenraumbeleuchtung ft jodid ohne Aluminiumchlorid keine Lampe mit guter 5 erstrebenswert zu kleineren Leistungsaufnahmen überf;s Lichtausbeute zu erhalten ist Die Lamnen haben einen zugehen. Lampen kleiner Leistungsaufnahmen weisen ?;( großen Elektrodenabstand von 40 mm, der fast das jedoch größere technologische Schwierigkeiten auf. 'Ά Dreifache des Gefäßinnendurchmessers beträgt, so daß Abschattung sowie elektrische und Wänneverluste sind die Lampe nicht elektrodenstabilisiert ist bei kleineren Lampen, die notwendigerweise auch klei- i^:\. Es ist auch bereits eine Lampe vorgeschlagen worden, io nere Elektrodenabstände und kleinere Entladungsgefä- }fi. die zur bevorzugten Anregung von Molekülemission ße haben, größer. Verlustprozesse wirken sich aber neneben Quecksilber und den Seltenen Erden Alkalime- gativ auf Strahlungs- und Lichtausbeuten aus. Höhere sh tall- und Erdalkalimetall-, Thallium- und Zinnhalogenid Wandbelastungen zur Erreichung höherer Ausbeuten If enthält sind aber wegen der dadurch bedingten Verkürzung der i?| Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die 15 Lebensdauer zu vermeiden. Durch die Ausbildung der % Aufgabe zugrunde, eine Lampe zu schaffen, die bei ho- erfindungsgemäßen Lampen ist die Teilchendichte in % her Lichtausbeute (größer als 70 lm/W), niedriger Färb- der Lampe erhöht und wird die Molekülstrahlung ausi| temperatur (unter 3800 K), guter Farbwiedergabe (all- genutzt Eine hohe Teilchendichte ist günstig, weil bei || gemeiner Farbwiedergabeindex nach CIE von R_a grö- gleicher Temperatur die Besetzungsdichte der angeregte ßer als 70), möglichst geringer Leistungsaufnahme und 20 ten Atome bzw. Moleküle mit steigender Teilchendichte fi Lageunabhängigkeit eine gute Lebensdauer erreicht zunimmt und damit die Strahlungsleistung. Während P und damit für die Raumbeleuchtung verwendbar ist man bisher annahm, ohne das sehr flüchtige, sehr ag- |ί Diese Aufgabe wird bei einer Hochdruckentladungs- gressive, stark lebensdauerverkürzende Chlor nicht aus-P lampe der eingangs genannten Art durch die kennzeich- kommen zu können, erreicht die erfindungsgemäße ξ| nenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Ausge- 25 Lampe kleiner Leistungsaufnahme mit ihrer guten Iso-Il staltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- thermie, daß man bei optimierten Dosierungen mit den Sprüchen. weniger aggressiven Jodiden und Bromiden bei etwa Die Elektrodenstabilisierung des Bogens wird durch gleicher Lichtausbeute und Farbwiedergabe höhere Leeinen geringen Elektrodenabstand erreicht, der vor- bensdauern von mehr als 3000 Stunden erzielen kann zugsweise ca. 10 mm beträgt wodurch die Larppe 30 und damit um eine Größenordnung über dem bisher brennlageunabhängig wird. Zur Erzielung guter Strah- Erreichten liegt

lungseigenschaften bei hoher Lebensdauer der Lampe In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Lampe

ist wichtig, daß das Entladungsgefäß optimal geformt ist, gemäß der Erfindung wiedergegeben,

daß heißt isotherm ausgebildet ist Dazu wurden theore- F i g. 1 zeigt die Lampe mit einem ellipsoidförmigen

tisch die Isothermen von zylinderförmigen Plasmaentla- 35 Außenkolben,

düngen ermittelt, indem Berechnungen von zylinderför- F i g. 2 mit einem röhrenförmigen Außenkolben,
migen Lichtbogen mit Oberflächenstrahlern, das heißt F i g. 3 gibt die relative spektrale Strahlstärke wieder, mit Elektroden, durchgeführt wurden. Es ergab sich eine In F i g. 1 ist das Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas ellipsoidal Brennerform, die an den Brennerenden mit isotherm ausgebildet und hat einen maximalen Inneneinem kleineren Ellipsoid überlagert ist, so daß sich an 40 durchmesser von 10 mm und ein Volumen von ungefähr den Enden eine Art Glockenform ergibt. Diese isother- 1 cm³. An jedem Ende des Entladungsgefäßes befindet mc Brennerform vermeidet kalte Stellen, in denen der sich eine Elektrode 2 bzw. 3 aus Wolfram mit einem Partialdruck der Metallhalogenide herabgesetzt wird. Emitter aus Dysprosiumoxid zur Kaltzünderleichte-Mit derartig ausgebildeten Entladungsgefäßen wird er- rung. Die Elektroden 2 und 3 sind mittels Folieneinreicht, daß bei der Temperaturverteilung über die Au- 45 Schmelzungen 4 und 5 mit den Stromzuführungen 6 und ßcnoberfläche des Entladungsgefäßes die Temperatur- 7 verbunden. Der Elektrodenabstand beträgt 10 mm. differenz zwischen der kältesten und der wärmsten Stel- Die Enden des Entladungsgefäßes 1 sind mit einem die Ie kleiner ist als 100 K. Eine solche Temperaturvertei- Wärmestrahlen reflektierenden und absorbierenden lung ist deswegen erstrebenswert da der Dampfdruck Belag 8 bzw. 9 aus Zirkondioxid versehen. Das Entlaim Entladungsgefäß durch die Temperatur der kältesten 50 dungsgefäß 1 ist mit den Halterungen 10 bzw. 11 in Stelle bestimmt, andererseits die zulässige Quarzwand- einem an einem Ende mit dem Schraubsockel 12 versebelastung durch die Temperatur der heißesten Stelle henen ellipsoidförmigen Außenkolben 13 angeordnet, festgelegt ist. Die obere Grenze ist also nicht über- Der Stromzuführungsteil 14 ist von einem Quarzglasschreitbar. Je näher aber die untere Grenze an der obe- röhrchen 15 umgeben. Die Füllung des Entladungsgefären liegt, das heißt je kleiner die Temperaturdifferenz 55 ßes 1 besteht aus einem Zündgas, zum Beispiel einem ist desto günstiger ist es im Hinblick auf den Dampf- Edelgas oder einem Penning-Gemisch, von 40 bis druck. 53 mbar, und pro cm³ 6 μΜοΙ Zinn, 5 μΜοί Natrium, Die Kombination der Merkmale der erfindungsgemä- 0,15 μΜοί Lithium, 0,6 μΜοί Thallium, 70 μΜοί Queckßen Lampe ermöglicht ihre Verwendung für die Raum- silber, 13 μΜοί Jod- und Brom-Atome, 0,5 μΜοί Indium, beleuchtung. Im folgenden sei noch einmal kurz auf die ω Das Atomzahlverhältnis Brom/Jod beträgt 0,7. Die Problematik einer für diesen Zweck geeigneten Lampe Konstruktionsdaten und die Füllmengen gelten für eine eingegangen. Ziel ist, daß die neuen Lampen gegenüber Lampe mit einer Leistungsaufnahme von 250 W, die mit den Glühlampen und Halogenglühlampen etwa drei- bis 3 bis 3,8 A an 220 V Wechselspannung betrieben wird, fünfmal soviel Licht bei gleichem Energieverbrauch er- Die Wandbelastung des Entladungsgefäßes 1 beträgt zeugen sollen bei einer möglichst fünf- bis zehnmal so 65 etwa 40 W/cm², die spezifische Bogenleistung etwa großen Lebensdauer. Die bisher bekannten Halogen- 250 W/cm. Die Lampe hat einen Druck von etwa 20 bar. Metalldampflampen weisen zwar diese Eigenschaften Die Lichtausbeute beträgt 80 lm/W bei einer Farbtemauf, doch sind sie trotz guter Lichtausbeute wegen ihrer peratur von 3000 K und einem Farbwiedergabeindex

6 $

R₃ = 75. In F i g. 2 ist die Innenoberfläche des röhren- ·:';

förmigen Außenkolbens 16 zusätzlich zu einer das Infra- |ς

rot reflektierenden Schicht 17 mit einem rot emittieren- ;|l

den Leuchtstoff 18, zum Beispiel aus Magnesium-Fluo- '.'■"

ro-Germanat bedeckt. Aus der relativen spektralen 5 jjjj

Strahlstärke einer 250 W-Lampe, die eine Füllung ent- *«

sprechend dem Ausführungsbeispiel enthält, ist eindeu- j|

tig der durch Molekülstrahlung bedingte starke Konti- i|

nuumsanteil erkennbar, dem sich zusätzlich fremd- |

druckverbreiterte Linien überlagern (F i g. 3). 10 '£

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen I

¹⁵ i

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Hochdruckentladungslampe mit einem Entladungsgefäß aus lichtdurchlässigem, hochtemperaturfestem Material, in das Entladungsgefäß eingeschmolzenen Elektroden aus schwer schmelzbarem Metall und einer Füllung, die Quecksilber als Puffergas und ein Edelgas oder Penning-Gemisch als Zündgas sowie Zusätze von Metallhalogenide!! enthält, unter denen sich mindestens Zinn- und Natriumhalogenid befinden, wobei ein Betriebsdruck von 5 bis 50 bar vorliegt und die Lampe eine spezifische Bogenleisrung von 100 bis 300 W/cm Bogenlänge sowie eine Wandbelastung von 15 bis 100 W/cm² aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere zur Erzielung einer niedrigen Farbtemperatur unter 3800K bei einem allgemeinen Farbwiedergabeindex nach CIE von R₁ größer als 70 die Lampe einen elektrodenstabilisierten Entladungsbogen mit einem Elektrodenabstand von kleiner als 20 mm aufweist und das Entladungsgefäß eine isotherme Geometrie hat mit einer Temperaturverteilung im Betrieb, bei der die Temperaturdifferenz zwischen der kältesten und der wärmsten Stelle an der Außenoberfläche des Gefäßes kleiner als 100 K ist, wobei die Füllung als Halogenide nur Jodide oder Jodide und Bromide und als Halogen Jod oder Jod und Brom enthält.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand gleich oder kleiner als 10 mm ist

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung der Lampe pro cm³ 0,5 bis 50 μΜο! Zinn, 2 bis 50 μΜοΙ Natrium, 0,01 bis 20 μΜοΙ Lithium, 0,05 bis 3 μΜοΙ Thallium, 5 bis 200 μΜοΙ Quecksilber, 2 bis 200 μΜοΙ Jod- und Brom-Atome, wobei das Atomzahlverhältnis Brom/ Jod 0 bis 2 beträgt, und 20 bis 107 rnbar bei 20⁰C Edelgas oder Penning-Gemisch enthält.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung der Lampe pro cm³ 0,5 bis 50 μΜοΙ Zinn, 2 bis 50 μΜοΙ Natrium, 0,01 bis 20 μΜοΙ Lithium, 0,05 bis 3 μΜοΙ Thallium, 5 bis 200 μΜοΙ Quecksilber, 0,05 bis 20 μΜοΙ Indium und/oder Gallium und/oder Cadmium und/oder Germanium und/oder Kupfer, 2 bis 200 μΜοΙ Jod- und Brom-Atome, wobei das Atomzahlverhältnis Brom/Jod 0 bis 2 beträgt und 20 bis 107 mbar bei 20⁰C Edelgase oder Penning-Gemisch enthält.