DE19843418A1 - Hochdruckentladungslampe und zugehöriges Beleuchtungssystem - Google Patents

Abstract

Eine Hochdruckentladungslampe mit axialer Symmetrieachse besitzt auf dem Entladungsgefäß (2) eine asymmetrische reflektierende Beschichtung (4) im Bereich der kältesten Stelle, wodurch die lichttechnischen Daten verbessert werden.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlam­ pen mit zweiseitiger Quetschung, vor allem mit hoher Leistung.

Stand der Technik

Aus der Schrift DE-A 44 43 354 ist bereits eine Hochdruckentladungslampe be­ kannt, die eine radial asymmetrische Beschichtung des Kolbens aufweist. Es han­ delt sich dabei um eine Aperturlampe. Das bedeutet, daß eine erhöhte Abstrahlung aus einem nicht abgedeckten schmalen Kolbenbereich dadurch erzielt wird, daß die restliche Kolbenoberfläche mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist. Die Beschichtung bedeckt dabei einen erheblichen Teil der Kolbenoberfläche.

Verschiedentlich sind axial asymmetrische Beschichtungen des Kolbens beschrie­ ben worden. Beispielsweise ist aus dem DE-GM 94 01 436 eine zweiseitig ge­ quetschte Metallhalogenidlampe bekannt, die in einem Reflektor axial eingebaut ist um einen hohen Lichtstrom und eine hohe Gleichmäßigkeit der Abstrahlung zu er­ zielen. Neben den bekannten Wärmestaukalotten an den Enden verwendet diese Lampe auch einen in der Mitte des bauchigen Entladungsgefäßes vollständig um­ laufenden Kreisring als radialsymmetrische Schicht.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, bei der die Wandbelastung des Entladungsgefäßes und somit die Temperatur der kältesten Stelle (cold spot) erhöht ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen. Eine hohe Wandbelastung erhöht den Anteil der Füllungssubstanzen in dem Entla­ dungsbogen und ist deshalb erwünscht, weil dadurch die elektrischen und lichttech­ nischen Daten der Lampe deutlich verbessert werden.

Eine Verbesserung dieser Daten wurde bisher durch Änderung der Füllungszu­ sammensetzung und einer Verringerung des Volumens des Entladungsgefäßes angestrebt. Dies bedeutete bisher einen hohen Entwicklungsaufwand mit ungewis­ sem Ergebnis. Außerdem konnte damit eine Einstellung der Lichtverteilungskurve der Lampe bisher nicht vorgenommen werden.

Erfindungsgemäß ist eine radial asymmetrische reflektierende Beschichtung auf ein im wesentlichen radialsymmetrisches Entladungsgefäß (das also in radialer Rich­ tung im wesentlichen kreiszylindrisch ist) aufgetragen. Diese Beschichtung ist in einem lokal begrenzten Bereich, der die kälteste Stelle einschließt, aufgebracht und besitzt eine begrenzte Ausdehnung, deren Größe bevorzugt zwischen 5 und 40% der Oberfläche des Entladungsgefäßes liegt um die Abschattung möglichst gering zu halten.

Diese reflektierende Beschichtung kann mittels einer physikalischen und/oder che­ mischen Behandlung der Oberfläche des Entladungsgefäßes hergestellt werden. Beispielsweise eignet sich eine an sich bekannte Beschichtung mit metallischen (Aluminium) oder nichtmetallischen Werkstoffen (insbesondere Zirkonoxid), oder eine mittels Sandstrahlen oder Ätzen hergestellte Schicht. Durch Auswahl der Schichtgeometrie und des Beschichtungsverfahrens können die lampenspezifischen Daten, insbesondere die Farbwiedergabe, Farbtemperatur und Lichtverteilungskur­ ve sowie der Farbort variiert und exakt wie gewünscht eingestellt werden.

Diese Verbesserung der elektrischen und lichttechnischen Daten wird durch eine gezielte asymmetrische Beschichtung des Entladungsgefäßes im Bereich der kälte­ sten Stelle erzielt. Besonders große Verbesserungen werden bei hochwattigen (mindestens 400 W bis weit über 1000 W) Metallhalogenidlampen ohne Außenkol­ ben erzielt, da hier der Wärmeverlust infolge des Fehlens des Außenkolbens be­ sonders kritisch ist.

Die kälteste Stelle bei diesen Lampen ist normalerweise hinter den Elektroden zu finden. Aus diesem Grund werden häufig die Enden des Entladungsgefäßes mit Wärmestaukalotten ausgestattet. Dies bewirkt, daß dann die kälteste Stelle (die dann aber auf höherer Temperatur liegt als bei einem Verzicht auf eine Kalotte) an dem am tiefsten gelegenen Punkt des Entladungsgefäßes zu finden ist, was durch die Wirkung der Schwerkraft bedingt ist. Denn der Entladungsbogen wird durch den Auftrieb nach oben ausgelenkt. Gewünscht ist ein möglichst isothermes Entla­ dungsgefäß. Das Ausmaß des kalten Bereichs um die kälteste Stelle (und dement­ sprechend der Temperaturgradient) bestimmt dabei die Ausdehnung der asymme­ trischen Beschichtung. Diese kann entweder ein begrenzter Fleck sein oder axial längsgestreckt, beispielsweise bandartig. Der Fleck ist rund oder oval oder elliptisch.

Unter Umständen ist die geometrische Anordnung der asymmetrischen Beschich­ tung durch ein zugehöriges Beleuchtungssystem (beispielsweise eine Leuchte) be­ stimmt, da dieses die Lage und das Ausmaß des kalten Bereichs um die kälteste Stelle beeinflussen kann. Der dafür wesentliche Bestandteil eines Beleuchtungssy­ stems ist meist ein Reflektor, der beispielsweise als Rinnenreflektor oder Ellipsoid- Reflektor ausgebildet ist.

Vorteilhaft läßt sich die Lage der asymmetrischen Beschichtung relativ zur Pump­ spitze des Entladungsgefäßes definieren, da diese im Betrieb der Lampe als poten­ tielle Wärmesenke am besten oben positioniert wird. Dementsprechend ist dann die asymmetrische Beschichtung gerade der Pumpspitze gegenüberliegend ange­ bracht. Auch aus praktischen Gründen ist im Bereich der Pumpspitze keine Be­ schichtung erwünscht, um optische Verzerrungen und Haftprobleme der Beschich­ tung an der Pumpspitze zu vermeiden.

Die Lampe wird bevorzugt in horizontaler Brennlage (bezogen auf die Längsachse) betrieben und zeichnet sich durch eine Beschichtung aus, die sich in axialer Rich­ tung mindestens über 30% der Länge des Entladungsvolumens erstreckt und die sich in radialer Richtung über mindestens einen Zentriwinkel von 30° mit dem tief­ sten Punkt des Entladungsgefäßes als Mitte des Zentriwinkels ausdehnt. Die maxi­ male Länge der Beschichtung in axialer Richtung ist durch die gesamte Länge des Entladungsgefäßes begrenzt und in radialer Richtung durch einen Zentriwinkel von höchstens 180°, da sonst der Effekt der Abschattung zu groß würde. Dabei ist in radialer Richtung für den Querschnitt des Entladungsgefäßes eine Kreisform oder elliptische Form, die der Kreisform nahekommt, angenommen. In axialer Richtung ist das Entladungsgefäß langgestreckt und hat bevorzugt entweder die Form eines Tonnenkörpers, eines Zylinders oder einer Ellipse.

Vorteilhaft erstreckt sich die asymmetrische Beschichtung bis nahe an die Enden des Entladungsvolumens, wo die Elektroden sitzen. Dabei kann zusätzlich an bei­ den Enden die bekannte Wärmestaukalotte ausgebildet sein.

Als Beleuchtungssystem eignet sich vor allem eine Wandleuchte, die einen seitlich hinter der horizontalen Lampe angebrachten längsgestreckten Reflektor besitzt. Dadurch wird vermieden, daß die asymmetrische Beschichtung eine nennenswerte Abschattung der von der Leuchte emittierten Strahlung verursacht.

Durch die erfindungsgemäße Beschichtung ist eine Anhebung der lichttechnischen Daten einer Lampe ohne große Änderungen sonstiger Parameter möglich. Es kann sogar die gleiche Reflektorpaste, wie sie bereits für die Endenverspiegelung einge­ setzt wird, verwendet werden. Auch ergeben sich keine Mehrkosten bei der Her­ stellung, da kein zusätzlicher Prozeßschritt erforderlich ist. Der Mehrverbrauch an Reflektorpaste kann vernachlässigt werden.

Ein besonders wertvoller umweltfreundlicher Gesichtspunkt ist, daß wegen der hö­ heren Betriebstemperatur eine Reduzierung der für die Füllung einer Lampe erfor­ derlichen absoluten Hg-Menge um ca. 10-20 mg möglich ist. Abgesehen davon ist keine Änderung der Füllungszusammensetzung zur Verbesserung lichttechnischer Daten erforderlich.

Um die erforderliche eindeutige Orientierung der Lampe in der richtigen Betriebsla­ ge sicherzustellen, kann auf ein bekanntes orientierbares Sockel-Fassungs-System zurückgegriffen werden, wie es beispielsweise in der US-PS 5 731 656 beschrieben ist. Damit kann sehr leicht die für die Einhaltung einer optimalen Wirkung erforderli­ che, Einbaulage, bei der die asymmetrische Beschichtung nach unten zeigt, sicher­ gestellt werden.

Figuren

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher er­ läutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Metallhalogenidlampe in Seitenansicht

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Metallhalogenidlampe der Fig. 1

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe in Draufsicht auf eine Quetschung

Fig. 4 eine um 90° gedrehte Seitenansicht der Lampe aus Fig. 3

Beschreibung der Zeichnungen

In Fig. 1 und 2 ist schematisch eine 2000-W-Hochdruckentladungslampe 1 ohne Außenkolben mit einer Länge von ca. 190 mm dargestellt, wie sie beispielsweise in US-PS 5 142 195 näher beschrieben ist. Sie ist für den Einsatz in Reflektoren be­ stimmt, wobei sie aber jetzt horizontal und quer zur Reflektorachse angeordnet wird statt axial.

Das Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas definiert eine Längsachse X und ist als Tonnenkörper ausgeführt, dessen Erzeugende ein Kreisbogen ist. Das Entladungs­ volumen ist etwa 20 cm³. Die stabförmigen Wolfram-Elektroden 6 mit aufgeschobe­ ner Wendel sind an den beiden Enden des Entladungsgefäßes in Quetschungen 5 axial ausgerichtet. Die Elektroden 6 sind an Folien 8 in der Quetschung 5 befestigt, an denen äußere Stromzuführungen 9 ansetzen. Am entladungsfernen Ende der Quetschung 5 ist ein Keramiksockel 10 mit Kitt befestigt. Das Entladungsgefäß 2 enthält eine Füllung aus einem Edelgas, Quecksilber (statt ca. 200 mg genügen jetzt 180 mg) sowie Metallhalogeniden. Die Enden des Entladungsgefäßes sind mit einer Wärmestaukalotte 13 aus Zirkonoxid versehen.

Zusätzlich ist auf dem Entladungsgefäß 2 eine asymmetrische Beschichtung 4 auf­ gebracht, und zwar der Pumpspitze 3 gegenüberliegend in dem im eingebauten Zustand am tiefsten liegenden Bereich, der die kälteste Stelle T enthält. Die asym­ metrische Beschichtung 4 besteht ebenfalls aus Zirkonoxid und ist ein längsge­ streckter, in etwa ovaler Fleck, der eine axiale Breite a von etwa 50% der Breite des Tonnenkörpers besitzt. Seine maximale radiale Ausdehnung erstreckt sich über einen Zentriwinkel von etwa α = 55° (siehe Fig. 2). In der Seitenansicht der Fig. 1, in der die Pumpspitze 3 oben liegt, ist nur die vordere Hälfte des Flecks zu erken­ nen.

In Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Es handelt sich um eine 1000-W-Metallhalogenidlampe 19 ähnlich wie in Fig. 1 beschrieben. Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine Quetschung 23. In Fig. 4 ist die Lampe 19 von unten gesehen. Die asymmetrische Beschichtung 20 erstreckt sich über die gesamte axiale Länge des Volumens des Entladungsgefäßes 21 und steht an den Enden mit den Wärmestaukalotten 22 in Verbindung. Die radiale Ausdehnung entspricht einem Zentriwinkel von etwa 90°. Die Lampe ist für den Einbau in eine Leuchte gedacht, deren elliptischer Reflektor 25 seitlich neben der Lampe 19 sitzt. Die Hauptabstrah­ lungsrichtung nach vorne ist durch einen Pfeil 26 dargestellt.

Insbesondere der Farbort, die Farbwiedergabe und der Lichtstrom sind gegenüber dem Stand der Technik durch die asymmetrische Beschichtung deutlich verbessert. Außerdem wird die Brennspannung der Lampe im Mittel um 20 V auf etwa 125 V angehoben. Ein Vergleich zwischen einer unbeschichteten und einer beschichteten Lampe findet sich in Tabelle 1, wo für beide Lampen der Lichtstrom Φ (in klm), die Farbkoordinaten x und y sowie der Farbwiedergabeindex Ra angegeben sind. Es zeigt sich eine erhebliche Verbesserung des Lichtstroms (um 7%) und des Farbwie­ dergabeindex (um 15%). Der Farbort liegt deutlich näher an Weiß (x,y = 0,333) bzw. an der Kurve für den Planck'schen Strahler.

Tabelle 1

Als Beschichtungsmaterial wurde eine wischfeste Reflektorpaste auf Basis von Zir­ konoxid verwendet. Ihre Schichtdicke und Homogenität entspricht dem üblichen Wert für Wärmestaukalotten. Die Lampe wurde in einem Bereich um die kälteste Stelle beschichtet, an dem sich im Betrieb Füllungskondensat bildet. Dieser Bereich liegt im speziellen Fall auf der der Pumpspitze gegenüberliegenden Seite.

Claims (12)

1. Hochdruckentladungslampe mit einem längsgestreckten Entladungsgefäß (2), das eine axiale Symmetrieachse definiert und ein Entladungsvolumen um­ schließt, wobei sich zwei Elektroden (6) auf der Achse gegenüberstehen, und das in radialer Richtung im wesentlichen kreiszylindrisch ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) in einem begrenzten Bereich, der die kälteste Stelle einschließt, radial asymmetrisch eine reflektierende Beschichtung (4) aufweist.

2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine metallische oder nichtmetallische Schicht oder eine durch Sandstrahlen oder Ätzen aufgerauhte Schicht ist.

3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine axiale Länge von mindestens 30% des Entladungsvolumens besitzt.

4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in axialer Richtung sich über das gesamte Entladungsvolumen er­ streckt.

5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in radialer Richtung einen maximalen Zentriwinkel α von minde­ stens 30° umschließt.

6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung in radialer Richtung einen maximalen Zentriwinkel α von höch­ stens 180° umschließt.

7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung Quecksilber und Metallhalogenide enthält.

8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in horizontaler Brennlage betrieben wird, wobei die kälteste Stelle (T) am tiefsten Punkt gelegen ist.

9. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Entladungsgefäßes Wärmestaukalotten (13) angebracht sind.

10. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) der einzige Kolben ist.

11. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe einen orientierbaren Sockel besitzt.

12. Beleuchtungssystem mit einer Hochdruckentladungslampe nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche.