DE8505119U1 - Compact high pressure discharge lamp - Google Patents
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Description
Patent-Treuhand-Gesell schaftPatent Trust Company
für elektrische Glühlampen mbH., Münchenfor electric light bulbs mbH., Munich
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckentladungslampe mit kompakten Abmessungen und einer Wandbelastung größer 100 W/cm , insbesondere für optische Systeme, bestehend aus einem Entladungsgefäß aus hochtemperaturfestem lichtdurchlässigem Material als einzigen Kolben, zwei hochtemperaturbeständigen Elektroden sowie einer Füllung aus Quecksilber, mindestens einem Edelgas, Metal!halogeniden und Halogen im Überschuß, wobei als Halogen Jod und/oder Brom vorhanden sind.The invention relates to a high-pressure discharge lamp with compact dimensions and a wall load greater than 100 W/cm, in particular for optical systems, consisting of a discharge vessel made of high-temperature-resistant, translucent material as a single bulb, two high-temperature-resistant electrodes and a filling made of mercury, at least one noble gas, metal halides and halogen in excess, with iodine and/or bromine being present as halogen.
Aus der DE-OS 28 27 844 ist eine mit Gleichstrom betriebene Kurzbogen-Entladungslampe mit einem Kolben bekannt, der eine ionisierbare Füllung aus einem inerten Gas wie Argon und Halogen oder Metallhalogenid, wie beispielsweise Indiumjodid, enthält. Die Entladungslampe weist eine hohe mittlere Leuchtdichte auf. Allerdings beträgt die Lebensdauer der Lampe weniger als 100 Stunden und die Farb-From DE-OS 28 27 844, a short-arc discharge lamp operated with direct current is known with a bulb that contains an ionizable filling of an inert gas such as argon and halogen or metal halide, such as indium iodide. The discharge lamp has a high average luminance. However, the lamp's service life is less than 100 hours and the color
Projektionszwecke nicht ausreichend, Ein weiterer Nachteil ist ihr großer Ieuchtdichterückgang, der durch eine starke Abtragung der Kathodenspitze aufgrund des Gleichstrombetriebs verursacht wird.Not sufficient for projection purposes. Another disadvantage is their large luminance reduction, which is caused by a strong erosion of the cathode tip due to direct current operation.
Andererseits sind in der DE-PS 19 40 539 und der DE-PS 21 14 804 Quecksi1berdampf-Hochdruckent1adungslampen beschrieben, die Füllungszusätze von Halogeniden der Seltenen Erden, insbesondere von Dysprosium 30On the other hand, DE-PS 19 40 539 and DE-PS 21 14 804 describe mercury vapor high-pressure discharge lamps that contain fill additives of rare earth halides, in particular dysprosium 30
und/oder Holmium und/oder Thulium enthalten. Die Lampen besitzen eine Lichtausbeute von 90 lm/W oder größer, wobei die Strahlung eine Farbtemperatur von 6000 K und einen Farbwiedergabeindex Ra von 92 hat. Für Projektionszwecke und andere optische Systeme, bei denen es auf hohe Leuchtdichten ankommt, sind diese Lampen ungeeignet, da sie keine genügend kompakten Abmessungen mit einem kurzen Lichtbogen aufweisen. Bei Verkleinerung der Abmessungen derand/or holmium and/or thulium. The lamps have a luminous efficacy of 90 lm/W or greater, with the radiation having a color temperature of 6000 K and a color rendering index Ra of 92. For projection purposes and other optical systems where high luminance is important, these lamps are unsuitable because they do not have sufficiently compact dimensions with a short light arc. When the dimensions of the
Entladungsbogens, der einzig in der Projektion zur Ausleuchtung verwendet wird, bei diesen Lampen eine Strahlung ab, deren Farbwiedergabeindex weit unter liegt und deren Farbtemperatur 6000 K bedeutend überschreitet.Due to the discharge arc, which is used solely for illumination in projection, these lamps emit radiation whose colour rendering index is far below and whose colour temperature significantly exceeds 6000 K.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine kompakte Hochdruckentladungslampe für den Wechselstrombetrieb zu schaffen, die Strahlung mit einer hohen mittleren Leuchtdichte und einem sehr guten Farbwiedergabeindex erzeugt und gleichzeitig eine große mittlere Lebensdauer besitzt.The aim of the invention is therefore to create a compact high-pressure discharge lamp for AC operation, which produces radiation with a high average luminance and a very good color rendering index and at the same time has a long average service life.
Die Hochdruckentladungslampe mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer mittleren Leuchtdichte von größer 30 ksb bei einer spezifischen Bogenleistung zwischen 400 und 5000 W/cm über eine mittlere Lampenlebensdauer von 250 Stunden mit einem Farbwiedergabeindex Ra von mindestens 85 das Entladungsgefäß als Metall für die Halogenidverbindungen Cadmium und Lithium enthält.The high-pressure discharge lamp with the features mentioned in the preamble of the main claim is characterized according to the invention in that in order to achieve an average luminance of greater than 30 ksb at a specific arc power between 400 and 5000 W/cm over an average lamp life of 250 hours with a color rendering index Ra of at least 85, the discharge vessel contains cadmium and lithium as metal for the halide compounds.
Unter einer mittleren Lampen 1ebensdauer ist hierbei eine Zeitdauer zu verstehen, während der die Licht-The average lamp life is understood to be a period of time during which the light
dusbeute der Lampe ohne optisches System um höchstens 15 % abnimmt. Dadurch ist gewährleistet, daß der Lichtausbeute-Rückgang in einem entsprechenden optischen System nach dieser Zeitdauer zwischen 20 und höchstens 45 % liegt.The light output of the lamp without an optical system decreases by a maximum of 15%. This ensures that the decrease in light output in a corresponding optical system after this period is between 20 and a maximum of 45%.
Durch die Metalle Cadmium und Lithium erhält die Lampe einen Entladungsbogen mit hoher Farbqualität, wobei der gesamte Bogen einschließlich des Saums eine Strahlung mit "sehr guter" Farbwiedergabe (Ra mindestens 85) erzeugt. Dadurch ist gewährleistet, daß die für Projektionszwecke verwendete Strahlung des Bogenkerns eine "gute" Farbwiedergabe mit einem Farbwiedergabeindex Ra zwischen 70 und 80 ermöglicht. Das Element Lithium dient dabei im wesentlichen zum Auffüllen des Spektrums im langwelligen, d.h. im roten Wellenlängenbereich der sichtbaren Strahlung.The metals cadmium and lithium give the lamp a discharge arc with high color quality, whereby the entire arc, including the edge, produces radiation with "very good" color rendering (Ra at least 85). This ensures that the radiation from the arc core used for projection purposes enables "good" color rendering with a color rendering index Ra between 70 and 80. The element lithium is used primarily to fill in the spectrum in the long-wave, i.e. red, wavelength range of visible radiation.
Zusätzlich enthält das Entladungsgefäß als Metall für die Halogenidverbindungen Holmium. Aufgrund der Vi el 1 inienstrahlung des Holmiums wird eine weitere leichte Verbesserung der Farbwiedergabeeigenschaften der Strahlung erzielt. Dadurch wird auch die Anwendung der Lampe bei der Filmaufnahmebeleuchtung ermöglicht. In addition, the discharge vessel contains holmium as a metal for the halide compounds. Due to the multi-line radiation of holmium, a further slight improvement in the color rendering properties of the radiation is achieved. This also enables the lamp to be used for film lighting.
Beste Ergebnisse bezüglich Leuchtdichte, Farbwiedergabe und Lebensdauer werden erzielt, wenn das Entladungsgefäß pro cm seines Volumens zwischen 0,1 und 5,0 mg Cadmium, bis zu 0,05 mg Lithium und zwischen 0,05 und 1,0 mg Holmium enthält. Bei höheren Dosierungen der Metallhalogenide treten Absorptionseffekte auf, die eine Abnahme der Lichtausbeute bewirken. Mit Hilfe des Lithiums läßt sich die Farbtemperatur der Lampe variieren und je nach Verwendungszweck im rotenThe best results in terms of luminance, colour rendering and service life are achieved when the discharge vessel contains between 0.1 and 5.0 mg cadmium, up to 0.05 mg lithium and between 0.05 and 1.0 mg holmium per cm of its volume. With higher doses of metal halides, absorption effects occur, which lead to a reduction in the light output. The lithium can be used to vary the colour temperature of the lamp and, depending on the intended use, in the red
- 6 Wellenlängenbereich steuern.- 6 wavelength range control.
Zur Aufrechterhaltung des Halogenkreislaufs sowie zur Einstellung des optimalen Dampfdrucks enthält das Entladungsgefäß Brom und Jod in einem Mol verhältnis zwischen 0,5 und 2. Außerdem weist das Entladungsgefäß pro cm seines Volumens einen das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungen von Halogenen und Metallen in der Lampe übersteigenden Halogenüber» schuß von bis zu 35 umol auf. Ein nicht funktionierender Kreislauf verursacht eine erhöhte Schwärzung des Entladungsgefäßes und eine starke Wolfram-Abtragung an den Elektroden und reduziert somit die mittlere Lebensdauer der Lampe. Ein nicht optimaler Dampfdruck wiederum ergibt eine zu geringe Leuchtdichte der Lampe. Beste Ergebnisse bezüglich Lebensdauer und Leuchtdichte werden mit einem Mol verhältnis von 1:1 bei Brom und Jod erzielt.To maintain the halogen cycle and to set the optimum vapor pressure, the discharge vessel contains bromine and iodine in a molar ratio of between 0.5 and 2. In addition, the discharge vessel has a halogen excess of up to 35 µmol per cm of its volume, which exceeds the stoichiometric ratio of the halogen and metal compounds in the lamp. A non-functioning circuit causes increased blackening of the discharge vessel and severe tungsten erosion on the electrodes, thus reducing the average life of the lamp. A non-optimal vapor pressure, in turn, results in the lamp's luminance being too low. The best results in terms of life and luminance are achieved with a molar ratio of 1:1 for bromine and iodine.
Die Lampe enthält als Grundgas nur Argon, das in der kalten Lampe in einem Druck zwischen 10 und 10 Pa vorliegt. Dadurch ist eine sichere Handhabung der Hochdruckentladungslampe in kaltem Zustand gewährleistet. Der Druck ist andererseits aber so hoch, daß beim Zünden der Lampe ein Abdampfen der Wolfram-Elektroden und damit eine Schwärzung des Entladungsgefäßes weitgehend unterbunden wird.The lamp contains only argon as a base gas, which is present in the cold lamp at a pressure of between 10 and 10 Pa. This ensures that the high-pressure discharge lamp can be handled safely when it is cold. On the other hand, the pressure is so high that when the lamp is ignited, evaporation of the tungsten electrodes and thus blackening of the discharge vessel is largely prevented.
Das Entladungsgefäß enthält außerdem Cäsium zur Bogenstabi1isierung. The discharge vessel also contains cesium for arc stabilization.
Die kompakte Hochdruckentladungslampe wird vorteilhaft mit einem fest mit der Lampe verbundenen Reflektor in Projektionssystemen eingesetzt. Es ist aber ^5 auch möglich, die Hochdruckentladungslampe ohne festThe compact high-pressure discharge lamp is advantageously used in projection systems with a reflector firmly attached to the lamp. However , it is also possible to use the high-pressure discharge lamp without a firmly attached reflector.
verbundenen Reflektor in Sonderbeleuchtungssystemen wie z.B. in eng bündelnden Scheinwerfern für die Film- und Bühnenbeleuchtung zu verwenden.connected reflector in special lighting systems such as narrow beam spotlights for film and stage lighting.
Die Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren näher veranschaulicht.The invention is illustrated in more detail with reference to the following figures.
Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe 10Figure 1 shows a sectional view of a high-pressure discharge lamp 10 according to the invention
Figur 2 zeigt ein von einer Lampe gemäß Figur 1 erzeugtes SpektrumFigure 2 shows a spectrum generated by a lamp according to Figure 1
Figur 3 zeigt eine weitere in einen Reflektor fest eingebaute erfindungsgemäße Hochdruckentladungslampe Figure 3 shows another high-pressure discharge lamp according to the invention permanently installed in a reflector
In Figur 1 ist eine 400-W-Hochdruckentladungslampe von ca. 5,6 cm Länge dargestellt, wie sie in ein hier nicht dargestelltes Reflektorsystem eingesetzt wird.Figure 1 shows a 400 W high-pressure discharge lamp approximately 5.6 cm long, as it is inserted into a reflector system not shown here.
Das Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas mit 0,22 cm Wand's stärke besitzt ein Volumen von 0,76 cm . Die stabförmigen Elektroden 3, 4 sind in einem Abstand von 0,42 cm in den Elektrodenschäften 5, 6 des Entladungsgefäßes 2 gehalten, die eine Länge von ca. 2 cm und einen etwa kreisförmigen Außendurchmesser von ca. 0,8 cm besitzen. Die Elektroden 3, 4 sind über Molybdän-Folien 7, 8, die vakuumdicht in die Elektrodenschäfte 5, 6 eingeschmolzen sind, mit den Stromzuführungen 9, 10 verbunden. Am Übergang der Elektroden 3, 4 zu den Dichtungsfolien 7, 8 sind Freiräume 11, 12 zwischen den Elektroden 3, 4 und dem Glasmantel der Elektrodenschäfte 5, 6 angeordnet, inThe discharge vessel 2 made of quartz glass with a wall thickness of 0.22 cm has a volume of 0.76 cm . The rod-shaped electrodes 3, 4 are held at a distance of 0.42 cm in the electrode shafts 5, 6 of the discharge vessel 2, which have a length of approx. 2 cm and an approximately circular outer diameter of approx. 0.8 cm. The electrodes 3, 4 are connected to the power supply lines 9, 10 via molybdenum foils 7, 8, which are sealed vacuum-tight into the electrode shafts 5, 6. At the transition from the electrodes 3, 4 to the sealing foils 7, 8, free spaces 11, 12 are arranged between the electrodes 3, 4 and the glass jacket of the electrode shafts 5, 6, in
denen sich abgetragenes Wolfram der Elektroden 3, 4 35where the tungsten removed from the electrodes 3, 4 35
sowie kondensierte Verunreinigungen aus dem Innern der Lampe sammeln können, so daß eine Schwärzung der für die Lichtabstrahlung wesentlichen Teile des Entladungsgefäßes 2 verhindert wird. 5and condensed impurities from the interior of the lamp can collect, so that blackening of the parts of the discharge vessel 2 that are essential for light emission is prevented. 5
0,15 mg Ho, 0,18 mg CsBr, 0,10 mg CsJ, 0,10 mg LiBr, 0,07 mg LiJ, 1,80 mg CdJ2, 2,00 mg HgBr2, 0,60 mg HgJp sowie 13,1 mg metallisches Hg und Ar mit einem Grundgasdruck von 66,6 kPa. Bei einem Lampenstrom von 7,3 A und einer Lampenspannung von 55 V weist die Hochdruckentladungslampe 1 einen Anfangsnutzlichtstrom von 30 klm mit einer Farbtemperatur von ca. 4500 K auf. In einem Projektionssystem ohne Umlaufblende mit einem 16 mm-Bildfenster und einem 1,2/50 mm-Objektiv lassen sich mit dieser Lampe bis zu 3600 Schirmlumen erreichen, wobei die Gleichmäßigkeit der Schirmausleuchtung E min/E mittel nach DIN 15748 bei 0,65 und darüber liegt.0.15 mg Ho, 0.18 mg CsBr, 0.10 mg CsJ, 0.10 mg LiBr, 0.07 mg LiJ, 1.80 mg CdJ 2 , 2.00 mg HgBr 2 , 0.60 mg HgJp and 13.1 mg metallic Hg and Ar with a basic gas pressure of 66.6 kPa. At a lamp current of 7.3 A and a lamp voltage of 55 V, the high-pressure discharge lamp 1 has an initial useful luminous flux of 30 klm with a color temperature of approximately 4500 K. In a projection system without a rotating aperture with a 16 mm image window and a 1.2/50 mm lens, up to 3600 screen lumens can be achieved with this lamp, with the uniformity of the screen illumination E m i n / E m i tt el according to DIN 15748 being 0.65 and above.
In Figur 2 ist die spektrale Strahlstärke einer 400-W-Hochdruckentladungslampe, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, in Abhängigkeit von der Wellenlänge im Bereich zwischen 250 und 1000 nm aufgetragen.Figure 2 shows the spectral radiant intensity of a 400 W high-pressure discharge lamp, as shown in Figure 1, as a function of the wavelength in the range between 250 and 1000 nm.
100 % entsprechen dabei 0,69 W pro sr und 10 nm.100 % corresponds to 0.69 W per sr and 10 nm.
Figur 3 zeigt eine in einem Reflektor 13 fest eingebaute Hochdruckentladungslampe 14 mit einer Leistungsaufnahme von 270 W. Die Lampe 14 liegt dabei mit ihrer Achse in der Achse des Reflektors 13. Während ein Elektrodenschaft 15 mittels Kitt 16 im Keramiksockel 17 befestigt ist, wird der andere Elektrodenschaft 18 durch gleichzeitig als Stromzuführung dienende Kupferbänder 19 am Keramikabschlußring 20 des Reflektors 13 gehalten. Die Hochdruckentladungs-Figure 3 shows a high-pressure discharge lamp 14 with a power consumption of 270 W, which is permanently installed in a reflector 13. The lamp 14 lies with its axis in the axis of the reflector 13. While one electrode shaft 15 is fastened in the ceramic base 17 by means of cement 16, the other electrode shaft 18 is held on the ceramic end ring 20 of the reflector 13 by copper strips 19, which also serve as a power supply. The high-pressure discharge lamp
• · Vt· Vt
lampe 14 besitzt eine Länge von ca, 4,8 cm und ein Entladungsgefäßvolumen von 0,28 cm . Die Elektroden 21, 22 sind wie bei der oben aufgeführten 400-W-Lampe in einem Abstand von 0,25 cm über vakuumdicht eingeschmolzene Molybdänfolien 23, 24 mit den Stromzuführungen 25, 26 verbunden. Ein Stromanschluß 27 ist am Sockel 17, der andere (hier nicht sichtbar) am Abschlußring 20 des Reflektors 13 angebracht.lamp 14 has a length of approximately 4.8 cm and a discharge vessel volume of 0.28 cm. The electrodes 21, 22 are connected to the power supply lines 25, 26 at a distance of 0.25 cm via vacuum-tight melted molybdenum foils 23, 24, as in the 400 W lamp mentioned above. One power connection 27 is attached to the base 17, the other (not visible here) to the end ring 20 of the reflector 13.
Die Füllung des Entladungsgefäßes 28 setzt sich aus 0,05 mg Ho, 0,13 mg CsBr, 0,07 mg CsJ, 0,04 mg LiBr, 0,03 mg LiJ, 1,10 mg CdJ2, 1,18 mg HgBr2, 0,25 mg HgJ2 sowie 7,5 mg metallisches Hg und Ar mit einem Grundgasdruck von 66,6 kPa zusammen. Bei einem Lam-The filling of the discharge vessel 28 consists of 0.05 mg Ho, 0.13 mg CsBr, 0.07 mg CsJ, 0.04 mg LiBr, 0.03 mg LiJ, 1.10 mg CdJ 2 , 1.18 mg HgBr 2 , 0.25 mg HgJ 2 and 7.5 mg metallic Hg and Ar with a base gas pressure of 66.6 kPa. In a lamp
'5 punstrom von 6 A und einer Lampenspannung von 45 V weist die Hochdruckentladungslampe 14 einen Anfangsnutzlichtstrtm von 18 klm mit einer Farbtemperatur von 4500 bis 5000 K auf.'5 volt current of 6 A and a lamp voltage of 45 V, the high-pressure discharge lamp 14 has an initial useful luminous flux of 18 klm with a color temperature of 4500 to 5000 K.
Die hohen Nutzlichtströme bei diesen Hochdruckentladungslampen lassen sich insbesondere mit Rechteckbetrieb bei ca. 300 Hz erhalten. Ein solcher Betrieb stellt auch sicher, daß bei Aufnahme- oder Projektionssystemen, die mit einer Umlaufblende arbeiten, keine Flimmereffekte auftreten.The high useful luminous fluxes of these high-pressure discharge lamps can be achieved in particular with rectangular operation at approx. 300 Hz. Such operation also ensures that no flickering effects occur in recording or projection systems that work with a rotating aperture.
Dr.Pr/MgDr.Pr/Mg
Claims (7)
cm seines Volumens zwischen 0,05 und 1,0 mg3
cm of its volume between 0.05 and 1.0 mg
55. High-pressure discharge lamp according to claim 1, characterized in that the halogens bromine and iodine are contained in the discharge vessel (2, 28) in a molar ratio of 0.5 to 2.
5
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| DE19858505119 DE8505119U1 (en) | 1985-02-22 | 1985-02-22 | Compact high pressure discharge lamp |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0338637A2 (en) * | 1988-04-21 | 1989-10-25 | Philips Patentverwaltung GmbH | High pressure mercury vapour discharge lamp |
| EP0627759A1 (en) * | 1993-06-01 | 1994-12-07 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | High pressure metal halide lamp |
| EP2375439A2 (en) * | 2010-04-08 | 2011-10-12 | Flowil International Lighting (HOLDING) B.V. | Short arc dimmable hid lamp with constant colour during dimming |
-
1985
- 1985-02-22 DE DE19858505119 patent/DE8505119U1/en not_active Expired
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| US8368306B2 (en) | 2010-04-08 | 2013-02-05 | Flowil International Lighting (Holding) Bv | Short arc dimmable HID lamp with constant colour during dimming |
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