DE69110314T2

DE69110314T2 - Hochdrucknatriumdampfentladungslampe.

Info

Publication number: DE69110314T2
Application number: DE69110314T
Authority: DE
Inventors: Monique Maria Franci Eerdekens; Robertus Antonius Joha Keijser
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-02-21
Filing date: 1991-02-18
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2011-02-19
Also published as: US5153482A; HU910523D0; ES2075929T3; HUT57466A; KR920000101A; EP0443675A1; DE69110314D1; EP0443675B1; CN1054333A; HU208591B

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdrucknatriumdampfentladungslampe mit einem Entladungsgefäß in einem von einem Außenkolben umgebenen Zwischenraum und mit einer Keramikwand, in der sich zwei Elektroden mit im Abstand D voneinander liegenden Spitzen befinden, und in der wenigstens über den Abstand D das Entladungsgefäß einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Innendurchmesser d&sub1; hat, und die Lampe Licht mit einer Farbtemperatur Tc von wenigstens 2400 K unter Nenn-Betriebsbedingungen ausstrahlt.
Eine Lampe eingangs erwähnter Art ist aus GB-A-2 083 281 bekannt. Die bekannte Lampe strahlt weißes Licht mit einer guten Farbwiedergabe aus, die als der Farbwiedergabeindex Ra mit einem Wert von mehr als 80 ausgedrückt wird. Im allgemeinen kann das Gebiet in dem Farbdreieck, das von geraden Linien durch Punkte mit den Koordinaten (x; y); (0,400; 0,430), (0,510; 0,430), (0,485; 0,390) und (0,400; 0,360) begrenzt wird, als weißes Licht bei von Hochdrucknatriumdampfentladungslampen ausgestrahltem Licht angesehen werden. Die Farbtemperatur Tc liegt zwischen etwa 2300 K und 4000 K in diesem Fall.
Die bekannte Lampe kann zum Ersetzen einer Glühlampe beispielsweise in Akzentbeleuchtungsanwendungen verwendet werden. Die Farbtemperatur Tc der bekannten Lampe ist jedoch dafür verhältnismäßig niedrig im Vergleich zu dem von Glühlampen ausgestrahlten Licht. Ein Farbwiedergabeindex Ra über 80 ist für den Glühlampenersatz erforderlich. Der höchst erreichbare Farbwiedergabeindex wird für praktische Hochdrucknatriumdampfentladungslampen liegt zwischen 80 und etwa 85.
Der Erfindung liegt u.a. die Aufgabe zugrunde, eine Lampe zu schaffen, mit der Licht mit einer Farbtemperatur Tc wesentlich höher als 2400 K ausstrahlen kann, wobei Farbwiedergabeindex Ra > 80 ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Lampe der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet ist, daß die Keramikwand des Entladungsgefäßes eine Wandbelastung von wenigstens 60 W/cm² unter Nenn-Betriebsbedingungen hat, wobei der Raum zwischen dem Außenkolben und dem Entladungsgefäß eine Gasfüllung enthält und D/di > 6 ist.
Mit der erfindungsgemaßen Lampe ist es möglich, Licht mit einer bedeutend höheren Farbtemperatur als 2400 K zu erzeugen, während ein Farbwiedergabeindexwert Ra höher als 80 erreicht wird. Gefunden wurde, daß die Lichtausbeute dabei wenigstens aufrechterhalten ist. Es läßt sich in diesem Zusammenhang folgendes bemerken.
Eine Hochdrucknatriumdampfentladungslampe strahlt Licht mit einem Spektrum aus, das von einem Absorptionsband nahe bei 589 nm gekennzeichnet wird, wobei die spektralen Seiten einen Höchstwert in einem gegenseitigen Abstand Δλ an beiden Seiten aufweist. Der gegenseitige Abstand Δλ liegt zwischen etwa 40 und etwa 55 nm bei einem Farbwiedergabeindex Ra über 80 des ausgestrahlten Lichts. Bekanntlich kann eine weitere Vergrößerung des Absorptionsbandes, und damit also eine weitere Erhöhung des gegenseitigen Abstands Δλ, die Farbtemperatur Tc des ausgestrahlten Lichts bis über 2500 K erhöhen. Dies beeinträchtigt jedoch zu sehr die Farbwiedergabe und die Lichtausbeute. Außerdem verursacht eine Vergrößerung des Absorptionsbandes bei gleichbleibendem Innendurchmesser des Entladungsgefäßes einen Anstieg des Natriumdrucks im Entladungsgefäß. Ein Anstieg des Natriumdrucks ist für die Lampenlebensdauer unvorteilhaft, weil es insbesondere der Natriumdruck ist, der die Geschwindigkeit der verschiedenen Korrosionsvorgänge des Entladungsgefäßes und im Entladungsgefäß beeinflußt.
Es sei bemerkt, daß der Begriff "Wandbelastung" in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen als das Verhältnis der Lampen-Nennleistung in W zum Innenflächengebiet der Entladungsgefäßwand über den Abstand D definiert wird.
In der erfindungsgemäßen Lampe entspricht die Lampen-Nennspannung im wesentlichen der Lampenspannung einer bekannten Lampe mit entsprechender Nennleistung. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Verwendung der erfindungsgemäßen Lampe in einer bestehenden Anlage. Ein Anstieg der Wandbelastung durch Reduktion des Abstands D führt zu einer Verringerung der Lampenspannung. Eine Reduktion des Innendurchmessers di führt andererseits zu einen Anstieg in der Lampenspannung.
Unter einer Keramikwand in der Beschreibung und in den Ansprüchen sei eine Wand aus kristallinem Metalloxid oder kristallinem Metallnitrid verstanden, das den Angriff von Natrium bei hohen Temperaturen sehr gut aushält, wie beispielsweise aus monokristallinem Saphir, polykristallinem gasdicht gesintertem Al&sub2;O&sub3; oder polykristallinem gasdicht gesintertem AlN. Die bekannten Wandmaterialien können Temperaturen bis zu etwa 1400 K über längere Zeit unter in der Lampe herrschendem Natriumdruck aushalten. Bei wesentlich höheren Temperaturen führt der herrschende Natriumdruck zu einem bedeutenden Korrosionsgrad der Keramikwand. Die Verwendung einer Gasfüllung im Raum zwischen dem Entladungsgefäß und dem Außenkolben sorgt für einen größeren Wärmetransport, so daß die Temperatur der Entladungsgefäßwand innerhalb zulässigen Grenzen bleibt, auch bei höheren Wandbelastungen. Geeignete Gase sind beispielsweise Edelgase und Stickstoff, da diese Gase unter den herrschenden Bedingungen weitgehend inert sind. Die Gasfüllung kann aus einem einzigen Gas bestehen, aber auch eine Mischung von Gasen ist möglich. Da Sicherheit außerordentlich wichtig ist, wird der Fülldruck der Gasfüllung so gewählt, daß der Druck der Gasfüllung etwa 1 unter Nenn-Betriebsbedingungen der Lampe ist.
Eine weitere Verbesserung bezüglich der Steuerung der maximalen Wandtemperatur des Entladungsgefäßes kann durch die Wahl der Wanddicke erreicht werden. Eine Vergrößerung der Wanddicke führt zu einer höheren Wärmestrahlung der Wand und fördert außerdem den Wärmetransport vom Gebiet zwischen den Elektrodenspitzen zu den verhältnismäßig kühlen Enden des Entladungsgefäßes.
Andererseits beeinflußt eine Vergrößerung der Wanddicke den Lichtstrom nachteilig. Außerdem erschwert sich die Herstellung bei größeren Wanddicken durch die größere Gefahr eines unregelmäßigen Kristallwachstums und die größere Gefahr innerer Brüche.Daher wird die Wanddicke vorzugsweise kleiner als 3 mm gewählt.
Eine Wahl zu Gunsten eines verhältnismäßig großen D/di-Verhältnisses führt zu einem verhältnismäßig langen Entladungsgefäß. Jedoch ist bekannt, daß die maximale Wandtemperatur des Entladungsgefäßes im Verhältnis zum längeren Entladungsgefäß höher ist, wobei die Wandbelastung gleich bleibt. In der heutigen Praxis wird es daher bevorzugt, das D/di-Verhältnis nicht größer als 10 zu wählen. Ein zusätzlicher Vorteil der Beschränkungen der Entladungsgefäßabmessungen auf diese Weise ist, daß eine gewünschte Lichtverteilung auf einfachere und oft bessere Weise mittels eines optischen Lichtverteilungssystems verwirklichbar ist.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lampe wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Lampe mit einem Außenkolben in Seitenansicht,
Fig. 2 eine Lame im Längsschnitt, und
Fig. 3 eine andere Lampe im Längsschnitt.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Entladungsgefäß mit einer Keramikwand, die mit Zwischenraum 8 von einem Außenkolben 6 umgeben wird. Der Raum δ enthält eine Gasfüllung. Im Entladungsgefäß 1 befinden sich zwei Elektroden 2 und 3 mit entsprechenden Spitzen mit einem gegenseitigen Abstand D, wobei das Entladungsgefäß 1 einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt zwischen den Elektroden 2 und 3 hat. Die Elektroden 2 und 3 werden mit Stromzuführungsleitern 4 bzw. 5 verbunden. Der Außenkolben ist mit einem Lampensockel 7 versehen, mit dem die Stromzuführungsleiter 4 und 5 verbunden sind. Das Entladungsgefäß mit einer Füllung aus Natrium, Quecksilber und Edelgas hat einen Innendurchmesser di über den Abstand D.
In Fig. 2 und 3 sind entsprechende Teile mit Bezugsziffern bezeichnet, die um zehn und zwanzig höher sind als die in Fig. 1. Die Elektroden 12, 13 bzw. 22, 23 bestehen aus Wolfram/Rhenium (97/3 Gewichtsverhältnis), während die Stromzuführungsleiter 14, 15, 24, 25 aus Nb bestehen. Die Entladungsgefäße 11 und 21 werden mit Schmelzkeramik 18 bzw. 28 abgedichtet.
Erfindungsgemäße Lampen wurden mit Entladungsgefaßen mit der Form nach Fig. 2 hergestellt, deren Daten in der nachstehenden Tabelle verzeichnet sind. Daten einer im Handel erhältlichen Lampe (Nr. 3) sind zum Vergleich in die Tabelle aufgenommen. Es ist eine Lampe vom Typ Philips SDW 50. TABELLE Lampe Nr. Lampenleistung (W) Wandbelastung (W/cm²) Lichausbeute (Lumen/W) Höchstwandtemperatur (K)
Die Entladungsgefäße wurden mit Na/Ag = 15/40 (Gewichtsverhältnis) und mit Xe mit einem Druck von 530 mbar bei 300 K (53 kPa) gefüllt. Die Lampen 1 und 2 hatten eine Gasfüllung aus N&sub2; im Raum 8 mit einem Druck von etwa 1 unter Nenn-Betriebsbedingungen. Der Raum 8 in der bekannten Lampe war evakuiert.
Unter Nenn-Betriebsbedingungen betrugen die Lampenspannungen der Lampen 1, 2 und 3 91 V, 93 V bzw. 90 V. Der Unterschied in der Lampenspannung von maximal 3 V liegt innerhalb der lampenspannungsstreuungmassengefertigter Lampen vom Typ Philips SDW 50. Die Entladungsgefäße hatten eine Innenlänge von 18 mm (Lampe 1); 17 mm (Lampe 2) und 24 mm (Lampe 3). Die Wanddicke der Lampe 1 betrug 1,4 mm, der Lampe 2 1,5 mm. Die Wanddicke der bekannten Lampe beträgt 0,8 mm.

Claims

Hochdrucknatriumdampfentladungslampe mit einem Entladungsgefäß mit einem von einem Außenkolben gebildeten Zwischenraum und mit einer Keramikwand, in der sich zwei Elektroden mit im Abstand D voneinander liegenden Spitzen befinden, und in der wenigstens im Abstand D das Entladungsgefäß einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Innendurchmesser d&sub1; hat, wobei die Lampe Licht mit einer Farbtemperatur Tc von wenigstens 2400 K unter Nenn-Betriebsbedingungen ausstrahlt, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikwand des Entladungsgefäßes eine Wandbelastung von wenigstens 60 W/cm² unter Nenn-Betriebsbedingungen aufweist, und der Raum zwischen dem Außenkolben und dem Entladungsgefäß eine Gasfüllung enthält, und D/di > 6 ist.