DE3129329A1

DE3129329A1 - Natriumdampf-hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE3129329A1
Application number: DE19813129329
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl.-Ing. 8028 Taufkirchen Dobrusskin; Georg Dr. Dipl.-Chem. 8012 Ottobrunn Marsen
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1981-07-24
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1983-02-10
Also published as: GB2104720A; GB2104720B; US4490642A

Description

Patent-Treuhand-Gesellschaft

für elektrische Glühlampen mbH., München

Natriumdampf-Hochdruckcntladungslampe *)

Die Erfindung betrifft eine Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe , die ein aus gegen Natrium beständigem

Material wie Al 0, bestehendes, mit Elektroden verse's j

henes Entladungsgefäß und. eine um das Entladungsgefäß angeordnete Umhüllung aufweist.

Natriumdampf-Hochdrucklampen sind aus vielen Veröffentlichungen bekannt (US-PS 3 2^8 590; DE-PS 1 957 978). Üblicherweise weisen die Natriumdampf-Hochdrucklampen einen Farbwiedergabe index R von 20, eine Lichtausbeute bis 120 lm/W und eine Farbtemperatur von ungefähr 21OO K auf (IEE Proceedings-Α, Vol. 127, Nr. 3 (198O), S. 162, Z. 8 und 9). Bekannt sind auch Versuche, durch Erhöhen des Natriumdampfdruckes mittels höherer Umgebungstemperatur und größerer elektrischer Belastung einen Farbwiedergabeindex R von 85 zu erreichen

(Kühl, Paper No 3, Conf. Assoc. of Public Lighting Engineers, Scarborough (1973) t ^s· ² und 3) > die Lichtausbeute beträgt dabei 92 lm/W, die Färbtemperatür 2400 K. Doch ist die Herstellung einer solchen Lampe für den praktischen Gebrauch bisher noch nicht möglich, weil die Widerstandsfähigkeit des Gefäßmaterials (meist Al_0„) bei erhöhter thermischer Wandbelastung und dadurch die Lebensdauer der Lampe abnimmt (IEE Proceedings-A, Vol. 127, Nr. 3 ( I98O) , S. 167, 3.4).... Es ist auch bekannt, den Farbwiedergabeindex durch Erwärmung der Enden des Entladungsgefäßes mittels Wärmereflektoren in Form von Metallkappen zu erhöhen (DE-OS 29 28 O67).

*) H 01 J 61/22

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lampe zu schaffen, bei der der Natriumdampfdruck erhöht und somit der Farbwiedergabeindex sowie die Farbtemperatur angehoben werden.

Die Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe, die ein aus gegen Natrium beständigem Material wie Al₀O „ bestehendes, mit Elektroden versehenes Entladungsgefäß und eine um das Entladungsgefäß angeordnete Umhüllung aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus zwei Kolben oder einem Doppelkolben besteht. Dabei kann das Entladungsgefäß rohrförmig mit an beiden Enden angeordneten Elektroden ausgebildet und konzentri sch in y;oringem Abstand von zwei beidseitig verschlossenen llüllkolben bzw. einem beidseitig verschlossenen Doppelkolben umgeben sein oder das Entladungsgefäß einseitig verschlossen mit an diesem Ende angeordneten Elektroden ausgebildet und in geringem Abstand von zwei ebenfalls einseitig verschlossenen Hüllkolben bzw. von einem einseitig verschlossenen Doppelkolben umgeben sein. Für bestimmte Anwendungszwecke kann die Lampe auch derartig konstruiert sein, daß das Entladungsgefäß von einem inneren, der Form des Entladungsgefäßes angepaßtem Hüllkolben eng umgeben ist und der äußere Hüllkolben als Reflektorkolben, Ellipsoidkolben oder einseitig gesokkelter Röhrenkolben ausgebildet ist. Bei Verwendung eines Doppelkolbens als Umhüllung werden vorzugsweise beide Hüllkolben aus Quarzglas bestehen, wobei der dem Entladungsgefäß nahe Hüllkolben mit einer infrarotreflektierenden Schicht oder/und mit außen auf seinen Enden aufgebrachter wärmereflektierender Schicht, z.B. ZrO_, versehen sein kann. Es ist aber auch möglich, den äußeren Hüllkolben aus Hartglas herzustellen. Auch beim äußeren Hüllkolben kann unabhängig vom Material vorzugsweise eine infrarotreflektierende Schicht aufgebracht

sein. In einigen Fällen ist es zweckmäßig, den dem Entladungsgefäß nahen Hüllkolben aus Natrium resistentem Material wie polykristallinem Aluminiumoxid oder Yttriumoxid auszuführen. Während bei allen Ausführungen im Entladungsgefäß als Füllung Natrium, Edelgas, z.B. Xenon, und Quecksilber enthalten ist, wird für den Raum zwischen dem Entladungesgefäß und innerem Hüllkolben, wenn dieser aus Quarzglas besteht, als Füllung Stickstoff . oder eine Mischung aus Stickstoff und Edelgasen oder auch Edelgase allein bevorzugt. Wenn der innere Hüllkolben aus gegen Natrium widerstandsfähigem Material, z.B. Α1ρΟ_, besteht, wird dieser Zwischenraum mit Natrium und Stickstoff oder Natrium und Edelgas oder Natrium$ Stickstoff und Edelgas gefüllt. Es hat sich nämlich ergeben, daß die bei höherer Temperatur - wie sie zur Erhöhung des Natriumdampfdruckes zwecks besserer Farbwiedergabe erforderlich ist - auftretende Diffusion des Natriums aus dem Entladungsgefäß verhindert wird, indem man erfindungsgemäß Natrium in den inneren Hüllkolben in einer solchen Menge einbringt, daß sich beim Lampenbetrieb innerhalb und außerhalb des Entladungsgefäßes ein Gleichgewicht des Natriumdampfdruckes einstellt. · Durch das Einfüllen eines inerten Gases mit möglichst hohem Druck, z.B. von Stickstoff oder von Edelgas, vorzugsweise hohen Atomgewichts, in den inneren Hüllkolben wird die Verdampfung des Entladungsgefäßmaterials herabgesetzt. ■ -

Außerdem bildet sich durch die Gasfüllung "im inneren Iiüllkolben ein Konvektionsstrom aus, der so. groß ist, daß die heißen Teile des Entladungsgefäßes abgekühlt und die kühleren Teile merkbar aufgeheizt werden. So wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lampe die Temperatur an der heißesten Stelle in der Mitte des Entladungsgefäßes gesenkt (um mindestens 30 C) und

. die Enden des Entladungsgefäßes aufgeheizt (um etwa 100 C). Durch die heißeren Enden des Entladungsgefäßes wird der Dampfdruck der Füllung im Entladungsgefäß (Natriumamalgam) so weit erhöht, daß der Farbwiedergabeindex R von üblicherweise 20 auf über 50 angehoben wird.

Der Raum zwischen innerem und äußerem Hüllkolben ist vorzugsweise evakuiert, wobei noch ein Getter vorhanden sein kann. Ein Getter im äußeren Raum dient zur Absorption von Wasserstoff und Verunreinigungen und ermöglicht die Erhaltung eines guten Vakuums bzw. eines geringen Restgasdruckes.

In den Figuren 1 bis 5 sind Ausführungsbeispiele der Lampe gemäß der Erfindung schematisch wiedergegeben und werden die Zusammenhänge an Hand von Kurven näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine rohrförmige Lampe mit an beiden Enden angeordneten Elektroden und einer Umhüllung aus einem Doppelkolben;

Figur 2 zeigt eine rohrförmige Lampe mit an beiden Enden angeordneten Elektroden und einer Umhüllung aus zwei Kolben;

Figur 3 zeigt eine Lampe mit an einem Ende angeordneten Elektroden und einer Umhüllung aus zwei Kolben.

In Figur k ist für eine 250-W-Natriumdampf-Hochdrucklampe die Abhängigkeit der Lichtausbeute in lm/V, des Farbwiedergabeindexes R , der Farb-

^a 2

temperatur in K und der Wandbclastung in W/cm von dor Leistungsaufnahme der Lampe in WaLt dargestellt.

Figur 5 gibt den Zusammenhang zwischen der Farbtemperatur in K, der Lichtausbeute in lm/W und dem Farbwiedergabeindex R wieder.

In der Figur 1 ist das Entladungsgefäß 1 aus Al O_-Keramik an seinen Enden mit den Elektroden 2, 3 versehen. Um das Entladungsgefäß 1 befindet sich ein Doppelkolben, der aus einem inneren Kolben k aus Quarzglas und einem äußeren Kolben 5 aus Quarz- bzw. Hartglas besteht. Die Kolben k. und 5 sind an ihren Enden mit je einer Quetschung 6 bzw. 7 verschlossen, durch die die Stromzufüh- · rungen 8, 9 vakuumdicht geführt sind. Die Enden des inneren Kolbens k sind mit einem wärmereflektierenden Belag 10 aus ZrO„ versehen. Einige Daten der Lampe sind für eine Leistungsaufnahme von 70 W, 150 W, 250 W und 400 V in der folgenden Tabelle wiedergegeben:

Leistung	Elektroden	Lampen-	Entladungs-
	abstand	Gesamtlänge	gefäß-0
70 W	39 mm	200 mm	5,5 mm
150 W	5o mm	238 mm	7,0 mm
250 w	65 mm	2^5 mm	6,0 mm
400 W	82 mm	267 mm	10,0 mm

Innerer Kolben-0	Äußerer Kolben-0	Füllung Na Hg	Entl	adungsgefäß Xe
. 10 mm	19 mm	10 mg		90 mbar
13 mm	22 mm	25 mg		80 mbar
Ik mm	23 mm	25 mg		50 mbar
15 mm	23 mm	25 mg		50 mbar

Dabei enthält das Natriumamalgam 21,6 Sew.-°/ Natrium. Der Raum zwischen dem Entladungsgefäß 1 und dem inneren Kolben 4 ist mit Stickstoff von 96O mbar gefüllt.

Der Raum zwischen dem inneren Kolben k und dem äußeren Kolben 5 ist evakuiert auf mindestens 10 mbar. Dci 11 ist ein Getter aus Zirkon oder einer üblichen Zirkonlegierung vorgesehen.

In der Figur 2 besteht das Entladungsgefäß 12 aus Al 0 , Als Umhüllung dienen der innerer Kolben 13, ebenfalls aus Al-O-, und der äußere Kolben l4 aus Quarz- bzw. Hartglas. Die Kolben 12 und 13 sind an ihrem jeweiligen Ende mit einem Abschlußstück 15, l6 aus Al₃O verschmolzen. Der* äußere Kolben I^ ist an seinen Enden mit einer Quetschung 17, ¹^ verschlossen. Die Elektroden 2, 3 sind in bekannter Weise angeordnet. Der Raum zwischen dem Entladungsgefäß 12 und dem inneren Kolben 13 ist mit einer im Betriebszustand nicht völlig verdampfenden Menge Natrium, z.B. von 5 - 10 mg, und Stickstoff von 96O mbar gefüllt.

Bei der in Figur 3 dargestellten einsockeligen Lampe sind beide Elektroden 2, 3 von einer Seite eingeführt, wobei die Stromzuführungen 8, 9 durch die Quetschung 19 des aus Quarz- bzw. Hartglas bestehenden äußeren gebogenen Kolbens 20 vakuumdicht geführt sind. Auch der innere, aus Al 0. bestehende Kolben 21 ist gebogen und der Form des aus Al 0. bestehenden Entladungsgefäßes 22 angepaßt. Das Entladungsgefäß 22 ist in Form einer Glocke ausgebildet und an seinem Ende mit dem Abschlußstück 23 aus Al₂O„-Keramik verschmolzen, mit dem auch der innere Kolben 21 verschlossen ist. Auch bei dieser Lampe besteht die Füllung zwischen Entladungsgefäß 22 und Kolben 21 aus z.B. 5 - 10 mg Natrium und 96O mbar Stickstoff und/oder Xenon.

Aus der Figur k ergibt sich, daß der Farbwiedergabele; index R oberhalb einer bestimmten Temperatur (gegeben -^ a

durch die Leistungsaufnahme der Lampe) wieder abnimmt, obwohl die Färbtemperatür weiter ansteigt. Die Wiederabnahme des R bei steigender Färbtemperatür T entsteht durch die mit zunehmendem Natriumdampfdruck immer breiter werdende Lücke der durch Selbstabsorption umgekehrten Na-D-Linie, die schließlich so breit wird, daß das in diesem Bereich um 590 nm fehlende gelbe Licht den allgemeinen Farbwiedergabeindex R wieder senkt, üurch die starke Verbreiterung des kurzwelligen

IQ Flügels der umgekehrten Na-D-Linienstrahlung wird die Färbtemperatur erhöht. Der verbreiterte langwellige Flügel dagegen reicht schon ins Infrarot und trägt damit nicht mehr zur Senkung der Farbtemperatur bei, ergibt aber ein im Verhältnis zur Färbtemperatur hohen Anteil gesättigten Rots.

Aus der Figur 5 ist zu erkennen, daß gemäß der Erfindung z.B. eine Natriumdampf-Hochdrucklampe zu erhalten ist, die bei 400 W-Leistungsaufnahme und .einer Wandbe-r lastung von 22 W/cm eine Farbtemperatur T von etwa 2^00 bis 2700 K, einen allgemeinen Farbwiedergabeindex R ^. 85 und eine Lichtausbeute von 6O lm/W aufweist.

Dabei wird eine Lebensdauer erreicht, die mit einigen 1000 Stunden nicht wesentlich niedriger ist als bei den bekannten Natriumdampf-Hochdruckentladungslampen.

Dr.Hz/Mg

Claims

Patentansprüche

1. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe, die ein aus gegen Natrium beständigem Material wie Al 0, bcstehendes, mit Elektroden versehenes Entladungsgefäß und eine um das Entladungsgefäß angeordnete Umhüllung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus zwei Kolben oder einem Doppelkolben besteht.

2* Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß rohrförmig mit an beiden Enden angeordneten Elektroden ausgebildet und konzentrisch in geringem Abstand von zwei beidseitig verschlossenen Hüllkolben bzw. einem beidseitig verschlossenen Doppelkolben. umgeben ist.

3. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dnß das Ent 1.» dungsgefäß einseitig verschlossen mit an diesem Ende angeordneten Elektroden ausgebildet und in geringem Abstand von zwei ebenfalls einseitig verschlossenen Hüllkolben bzw. von einem einseitig verschlossenen Doppelkolben umgeben ist.

^. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Entladungsgefäß nahe liegende Hüllkolben dieses eng, in einer dem Entladungsgefäß angepaßten Form umgibt und der äußere Hüllkolben als Reflektorkolben, Ellipsoidkolben oder einseitig gesockelter Röhrenkolben ausgebildet ist.

5. Natriumdampf-Hochdruckentladungsläiripe nach Anspruch bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Hüllkolben aus Quarzglas bestehen.

6. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Entladungsgefäß nahe Hüllkolben aus gegen Natrium resistentem Material wie polykristallinem Aluminiumoxid oder Yttriumoxid besteht.

7· Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Entladungsgefäß nahe Hüllkolben mit einer infrarotreflektierenden Schicht versehen ist»

8. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Hüllkolben aus Hartglas besteht.

9· Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß "das Entladungsgefäß als Füllung Natrium, Edelgas, z.B. Xenon, und Quecksilber enthält.

10. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 5 und 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Entladungsgefäß und innerem Hüllkolben als Füllung Stickstoff oder eine Mischung aus Stickstoff und Edelgasen oder Edelgase enthält.

11. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 6, 8 und 9 j dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen Entladungsgefäß und innerem Hüllkolben als Füllung Natrium und-Stickstoff oder Natrium und Edelgas oder Natrium, Stickstoff und Edelgas enthält.

12. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen innerem und äußerem Iliillkolbcn eviikuiert ist.

13. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen innerem und äußerem Hüllkolben ein Getter enthält.

lh. Natriumdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Hüllkolben eine infrarotreflektierende
Schicht aufweist.

15. Natriumdampf-Hochdruckentladungslnmpe nach Anspruch 1 bis 5 und 7 bis 1^, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf den Enden des inneren Hüllkolbens eine wärmereflektierende Schicht, z.B.

ZrO₀, aufgebracht ist. '