DD283875A5

DD283875A5 - Hochdruck-quecksilberdampfentladungslampe

Info

Publication number: DD283875A5
Application number: DD89327728A
Authority: DD
Inventors: Hanns E Fischer; Horst Hoerster
Original assignee: �K@�K@��}@��k��
Priority date: 1988-04-21
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1990-10-24
Also published as: DE3813421A1; EP0338637A3; JP2829339B2; HUT50530A; EP0338637B1; DE58909367D1; EP0338637A2; CN1037235A; KR890016618A; HU200519B; CN1024728C; KR0129172B1; ES2076199T3; JPH02148561A; US5109181A; CA1303663C

Abstract

Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe, deren Kolben zwei Elektroden aus Wolfram und eine Fuellung besitzt, die auszer Edelgas eine Quecksilbermenge groeszer als 0,2 mg/mm3 mit einem Quecksilberdampfdruck groeszer als 200 bar und wenigstens eines der Halogene Chlor, Brom oder Jod in einer Menge zwischen 10 6 und 10 4 mol/mm3 enthaelt, wobei die Wandbelastung im Betrieb groeszer als 1 W/mm2 ist. Fig. 1{Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe; Kolben; Elektroden; Wolfram; Fuellung; Edelgas; Quecksilbermenge; Quecksilberdampfdruck; Halogen; Wandbelastung}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einem Kolben aus hochtemperaturfestem Material, der Elektroden aus Wolfram und eine Füllung enthält, die im wesentlichen aus Quecksilber, Edelgas und im Betriebszustand freiem Halogen besteht.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Eine aus der DE-AS 14 89 417 bekannte Superhochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe dieser Art besitzt einen langgestreckten Quarzglaskolben mit 55mm³ Inhalt. Dieser Kolben ist mit Edelgas sowie 6,5mg Quecksilber gefüllt; dies entspricht einer Quecksilbermenge von 0,12 mg/mm³. Der Quecksilberdampdruck dürfte etwa 120bar betragen. Die Lampe hat eine Leistungsdichte von etwa 14,5 W/mm³. Zur Verlängerung der Lebensdauer wird nicht nur die Wand des Kolbens, z. B. mittels eines Wasserstromes, gekühlt, sondern auch noch in den Kolben je Kubikmillimeter 5 χ 10~* bis 5 χ 10"²gAtom mindestens eines der Halogene eingefüllt.

Derartige Lampen mit Quecksilberdampfdrücken von etwa 120bar erzeugen zwar eine hohe Leuchtdichte, geben jedoch im wesentlichen ein typisches Quecksilber-Spektrum, das einem kontinuierlichen Spektrum überlagert ist, mit einem niedrigen Rotanteil ab.

Aus der GB-PS 11 09 135 ist eine Superhochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einem Kapillarröhrchen auf Quarzglas bekannt, der pro Kubikmillimeter Inhalt mit Quecksilber bis zu einer Menge von 0,15mg gefüllt ist; dies entspricht einem Quecksilberdampdruck von etwa 150bar. Zur Verbesserung der Farbwiedergabe ist di isf Lampe darüber hinaus mit mindestens einem Metalljodid gefüllt. Die hohe Elektrodenbelastung dieser Lampen führ! dazu, aß Wolfram von den Elektroden verdampft und sich auf der Kolben wand niederschlägt. Dies führt zu einer Abschwärzurig des Kolbens, wodurch sich dieser stark erhitzt, was, insbesondere bei hohen Quecksilberdampfdrücken, zu einer Explosion des Kolbens führen kann.

Ziel lier Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der verfügbaren Lampen zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe eingangs erwähnter Art zu schaffen, welche außer einer hohen Leuchtdichte und einer guten Lichtausbeute eine verbesserte Farbwiedergabe sowie eine längere Lebensdauer besitzt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Hochdruck-Quecksilberuampfentladungslampe eingangs erwähnter Art dadurch gelöst, daß die Quecksilbermenge größer als 0,2 mg/mm³, der Quecksilberdainpfdruckim Betrieb größer als 200 bar und die Wandbelastung größer als 1 W/mm' ist und daß wenigstens eines der Halogene Cl, Br und I in einer Menge zwischen 1Ö~⁶ und 10~Vmol/mm³ vorhanden ist.

Bis zu einem Quecksilberdampfdruck von etwa 150bar sind die Lichtausbeute und die Farbwiedergabeeigenschaften von Quecksilberhochdrucklampen praktisch konstant, da im wesentlichen eine Linienstrahlung des Quecksilbers sowie ein kontinuierlicher Strahlungsanteil emittiert wird, der aus der Rekombination von Elektronen und Quecksilberatomen herrührt. Überraschenderweise ergab sich bei höheren Quecksilberdampfdrücken ein deutlicher Anstieg der Lichtausbeute und des Farbwiedergabeindex, der durch einen drastischen Anstieg des Anteils kontinuierlicher Strahlung verursacht wird. Es wird vermutet, daß bei hohen Drücken über 200bar neben einer Kontinuumsemission aus quasimolekularen Zuständen auch die Bandenemission echter gebundener Molekülzustände einen erheblichen Beitrag leistet. Bei einem Betriebsdruck von etwa 300bar liegt der Kontinuumsanteil der sichtbaren Strahlung deutlich über 50%. Hierdurch erhöht sich auch der Rotanteil des ausgestrahlten Lichtspektrums.

Um diesen hohen Quecksilberdampfdruck zu erhalten, hat der Kolben eino hohe Wandtemperatur (otwa 1000°C). Außerdem sind die Abmessungen des Lampenkolbens klein, um diesem hohen Druck standhalten zu können. Die hohe Wandtemperatur und die kleinen Abmessungen des Kolbens spiegeln sich in einer hohen Wandbelastung wider. Zweckmäßigerweise besteht der Kolben aus Quarzglas oder Aluminiumoxid. Die Obergrenze des Quecksilberdampfdruckes hängt von der Festigkeit des Kolbenmaterials ab, dürfte jedoch für die Praxis bei etwa400bar liegen. Vorzugsweise lieg, die Quecksilbermenge zwischen 0,2 und 0,35mg/mm³ und der Queciisilberdampfdruckzwischen 200 und 350bar.

Die sehr kleinen Kolbenabmessungen könnten zu einer verstärkten Wandabschwärzung durch von den Elektroden verdampftes Wolfram führen. Eine solche Wandabschwärzung muß jedoch unbedingt vermieden werden, da andernfalls durch verstärkte Absorption von Wärmestrahlung die Wandtemperatur während der Lebensda ir ansteigt, was zur Zerstörung des Lampenkolbens führen würde. AIj Maßnahme gegen eine solche Wandabschwärzung durch Wolframtransport enthält die Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe nach der Erfindung eine geringe Mer.'ie wenigstens eines der Halogene Chlor, Brom oder Jod. Diese Halogene bewirken einen Wolframtransportzyklus, durch welchen das auf dem Lampenkolben abgeschiedene Wolfram wieder zu den Elektroden zurücktransportiert wird.

Zweckmäßigerweise bei der Hochdruckentladungslampe nach der Erfindung als Halogen Brom νβι wendet, das in Form von CH₂Br₂ mit einem Fülldruck von etwa 0,1 mbar in die Lampe eingebracht wird. Diese Verbindung zersetzt sich, sobald die Lampe gezündet wird.

Die erfindungsgemäßen Quecksilberdampfentladungslampen enthalten kein Metallhalogenid, da für eine nennenswerte Erhöhung des Kontinuumsanteils der Strahlung eine so hohe Metallhalogenidkonzentration erforderlich wäre, daß infolge der hohen Wolframtransportraten eine sehr schnelle Korrosion der Elektroden auftreten würde. Hochbelastete Metallhalogenidlampen, wie sie z. B. in der GB-PS 1109135 beschrieben sind, erreichen daher typischerweise nur Lebensdauern von einigen hundert Stunden, während bei den Lampen nach der Erfindung Lebensdauern von mehr als 5000 Stunden bei fast konstanter Lichtausbeute (Δη < 2%) und fast völlig gleichbleibenden Farbkoordinaten (Δχ, Ay < 0,005 während 5000 Stunden) erreicht werden konnten.

Die Lampen nach der Erfindung haben eine Farbtemperatur von mehr als 8000K. Die Farbtemperatur und die Farbwiedergabe können bei einer Entladungslampe nach der Erfindung dadurch weiter verbessert werden, daß die Lampe von einem Filter für den blauen Strahlungsanteil umgeben ist.

In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß es aus der CB-PS 1539429 bekannt ist, bei Hochdruck-Quecksilberdampfentladuungslampen mit Halogenidzusatz durch Verwendung eines Filters den Blauanteil der Strahlung zu reduzieren und somit eine Farbverbesserung der ausgesandten Strahlung zu erreichen. Bei Quecksilberdampfentladungslampen mit einem Quecksilberdampfdruck bis etwa 150 bar wäre ein derartiges Filter praktisch wirkungslos, da das emittierte Licht fast keinen Rotanteil besitzt. Das Spektrum der erfindungsgemäßen Lampe hat jedoch einen so hohen Anteil an kontinuierlicher roter Strahlung, daß mit Hilfe eines Filters für den blauen Strahlungsanteil bei einem Lichtverjust von nur 15% die Emission von weißen Licht mit einer Farbtemperatur von etwa 5500K und einem Farbwiedergabeindex von etwa 70 erreicht werden kann.

Ausführungsbeispiele

Einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: eine Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mi; einem ellipsoidförmigen Lampenkolben.

Fig. 2: eine Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einem zylindrischen Lampenkolben, der von einem mit einem

Filter beschichteten Außenkolben umgeben ist

Fig. 3: das ausgestrahlte LichtsDoktrum einer Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampe mit einem

Quecksilberdampfdruck größer als 200barund Fig.4: das Transmissionsspektrum eines bei der Lampe nach Fig. 2 verwendeten Filters.

Die Hochdruck-Quecksilberdampfentladung 1 nach Fig. 1 besitzt einen ellipsoidförmigen Lampenkolben 2 aus Quarzglas. An die Kolbenenden schließen sich zylindrische Quarzteile 3 und 4 an, in welche Molybdänfolien 5 und 6 vakuumdicht eingeschmolzen sind. Die inneren Enden der Molybdänfolien 5 und 6 sind mit Elektrodenstiften 7 und 8 aus Wolfram verbunden, welche Umwicklungen 9 und 10 aus Wolfram tragen. An die äußeren Enden der Moiybdänfolien 5 und 6 schließen sich nach außen führende Stromzuführungsdrähte 11 und 12 aus Molybdän an.

Die Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslarr.pe 13 nach Fig. 2 ist ähnlich aufgebaut wie die Lampe nach Fig. 1. Der Lampenkolben 14 ist lediglich zylindrisch ausgebildet. Die Lampe 13 ist von einem Außenkolben 15 aus Quarzglas umgeben, der auf der Innenseite mit einem Interferenzfilter 16 beschichtet ist. Dieser Filter 16 dient zur Verminderung der von der Lampe 13 ausgesandten blauen Strahlung.

Es folgen die Daten einiger praktischer Ausführungsbeispiele:

ipsoidförmiger Lampenkolt	>en nach Fig. 1 mit 1,8mm Wandstärk.
Länge	7 mm
Durchmesser	2,5mm
Kolbenvolumen	23 mm³
Elektrodenabstand	1,2mm
Füllung Quecksilber	6mg Hg (0,261 mg/mm³)
Halogen	5x 10"⁶MmOlCH₂Br₂
	(10~⁵MmolBr/mm³)
Betriebsdruck	etwa200bar
Leistung	5OW
Brennspannung	76V
Lichtausbeute	58 Im/W
Wandbelastung	1,30 W/mm²

Lampe 2

Ellipsoidförmiger Lampenkolben nach Fig. 1 mit 1,7mm Wandstärke. Die Innenabmessungen und Betriebsdaten betragen:

Lange	5 mm
Durchmesser	2,5mm
Kolbenvolumeri	16,5 mm³
Elektrodenabstand	1,0 mm
Füllung
Quecksilber	4mgHg(0,243mg/mm³)
Halogen	5x 10"^epmol/mm³CH₂Br₂
Betriebsdruck	etwa 220 bar
Leistung	40W
Brennspannung	80V
Lichtausbeute	56lm/W
Wandbelastung	1,30W/mm²

Lampe 3

Zylindrischer Lampenkolben nach Fig. 2 mit 1,3 mm Wandstärke ohne Außenkolben. Die Innenabmessungen und Betriebsdaten betragen:

Länge	4mm
Durchmesser	1,5mm
Kolbenvolumen	7mm³
Elektrodenabstand	1,0mm
Füllung
Quecksilber	2,5 mg Hg (0,357 mg/mm³)
Halogen	5x 10~⁶Mmol/mm³ CH₂Br₂
Betriebsdruck	300 bar
Leistung	3OW
Brennspannung	92 V
Lichtausbeute	60lm/W
Wandbelastung	1,36W/mm²

Die beschriebenen Lampen besitzen eine Farbtemperatur von mehr als 8000K, die Farbwiedergabe ist jedoch gegenüber Lampen mit niedrigem Betriebsdruck wesentlich verbessert. So beträgt der Farbwiedergabeindex R, für die drei soeben beschriebenen Lampen 51,5,55,2 und 61,6, während mit ähnlichen Lampen mit einem Betriebsdruck von 150bar nur ein Farbwiedergabeindex von wenig mehr als 45 erreicht wurde.

In Fig.3 ist das von einer Lampe nach Beispiel 2 ausgestrahlte LichtspRktrum als Intensität I über der Wellenlänge 2 dargestellt.

Hieraus geht hervor, daß der Kontinuumsanteil der sichtbaren Strahlung bei etwa 50% liegt.

Beider Lampe nach Fig. 2 besteht das Interferenzfilter 16 z.B. aus einer alternierenden Schichtenfolge mit ZrO₂ modifiziertem Titandioxid und amorphen Siliziumdioxid. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel hatte das verwendete Filter einen Transmissionsgrad Tr, wie er in Fig. 4 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ dargestellt ist. Dabei ergaben sich folgende lichttechr.ische Daten:

ohne Filter:	Farbtemperatur	8580K
	Farbwiedergabeindex:	55,2
	Lichtausbeute:	56lm/W
mit Filter:	Farbtemperatur	5500K
	Farbwiedergabeinclex:	69,7
	Lichtausbeute:	48lm/W

Hieraus geht hervor, daß durch das Interferenzfilter nicht nur die Farbtemperatur stark herabgesetzt wird, sondern sich gleichzeitig der Farbwiedergabeindex erheblich verbessert.

Gegenüber vergleichbaren hochbelasteten Metallhalogenidlampen haben die erfindungsgemäßen Lampen zwar eine etwas geringere Lichtausbeute und beim Betrieb ohne Filter auch schlechtere Farbwiedergabeeigenschaften, zeichnen sich jedoch durch eine extrem gute Konstanz der lichttechnischen Daten, eine während der Brenndauer fast unveränderbare Lichtausbeute und eine sehr hohe Lebensdauer aus. Während mit hochbelasteten Metallhalogenidlampen einige hundert Stunden Lebensdauer erreicht werden, zeigen die erfindungsgemäßen Lampen selbst nach einer Brenndauer von mehr als 5000 Stunden noch keine nennenswerten Veränderungen.

Claims

1. Hochdruck-Quecksilberdampfeiitladungslampe mit einem Kolben aus hochtemperaturfestem Material, der Elektroden aus Wolfram und eine Füllung enthält, die im wesentlichen aus Quecksilber, Edelgas und im Betriebszustand freiem Halogen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Quecksilbermenge größer als 0,2 mg/mm³, der Quecksilberdampfdruck größer als 200 bar und die Wandbelastung größer als 1 W/mm² ist und daß wenigstens eines der Halogene Cl, Br oder I in einer Menge zwischen 10~⁶ und 10"⁴pmol/mm³ vorhanden ist.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quecksilbermenge zwischen 0,2 und 0,35mg/mm³ und der Quecksilberdampfdruck im Betrieb zwischen 200 und 350bar liegt.

3. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe von einem Filter für den blauen Strahlungsanteil umgeben ist.