DE3829156C2

DE3829156C2 - Hochdruckgasentladungslampe und Leuchte mit dieser Lampe

Info

Publication number: DE3829156C2
Application number: DE3829156A
Authority: DE
Inventors: Willibrordus Gerardus Verbeek; Hendrik Wijbenga; Marie Madelene Vossen-Bergmans
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-09-04
Filing date: 1988-08-27
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2008-08-28
Also published as: NL191812C; US4929863A; GB2209623A; DE3829156A1; NL8702086A; NL191812B; BE1001082A3; JP2740200B2; FR2620267A1; GB8820350D0; JPS6472453A; GB2209623B; FR2620267B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckgasentladungslampe mit

- einem vakuumdicht geschlossenen Quarzglaslampenkolben, der einen Entladungsraum mit einer langen Achse umschließt und eine ionisier bare Füllung aus Quecksilber, einem Edelgas und Bromide und Jodide von Seltenen-Erde-Metallen enthält,
- einander gegenüberliegenden, entlang der langen Achse des Entladungsraums angeordneten, stabförmigen Elektroden mit je einer Spitze, wobei die Spitzen einen Abstand d zueinander haben,
- Stromzuführungsleitern, die einander gegenüber durch die Wand des Kolbens heraustreten und mit einer betreffenden Elektrode verbunden sind,
- wobei der Abstand d zwischen den Spitzen der Elektroden in einem bestimmten Verhältnis d/D zum größten Durchmesser D des Entladungsraums quer zu seiner langen Achse steht
- und die Lampe im Betrieb eine Leistung von mindestens 250 W aufnimmt.

Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Leuchte mit einer derartigen Lampe. Eine derartige Lampe ist aus GB 1 378 188 bekannt.

Die bekannte Lampe eignet sich u. a. zur Verwendung für die Beleuchtung von großen Sportanlagen und enthält einen läng lichen, rohrförmigen Kolben aus Quarzglas, nahe dessen Enden hitzefeste Elektroden angeordnet sind. Der Abstand d zwischen den Elektroden ist größer als der Durchmesser D des Entladungsraums und vorzugsweise ein Vielfaches dieses Durchmessers D. Bei einer Lampe von 3,5 kW beträgt d = 155 mm und D = 31 mm, so daß d/D = 5 ist. Bei einer Lampe von 250 W beträgt d = 25 mm und D = 14 mm, so daß d/D noch den verhältnismäßig hohen Wert von 1,8 besitzt. Die Leistungsaufnahme je Millimeter des Abstands zwischen den Elektroden ist sehr niedrig, nämlich 23 bzw. 10 W/mm.

Bei dieser bekannten Lampe bringt eine niedrige Leistung bereits einen großen Elektrodenabstand, bringt eine hohe Leistung einen sehr großen Elektrodenabstand und dadurch einen großen bzw. sehr großen Entladungsbogen mit sich. Bei ansteigender Länge des Entladungsbogens vergrößert sich auch stark die Leuchte zum Bündeln des erzeugten Lichts. Die Qualität des Lichtbündels verringert sich dabei.

Ein Nachteil von Sportfeldbeleuchtungsanlagen besteht darin, daß sie besonders viel Streulicht erzeugen, wodurch auch in weiter Umgebung störende Beleuchtung festgestellt wird. Außer diesem störenden Streulicht und der hierdurch geringeren Nutz ausbeute hat die bekannte Lampe mit einem im Verhältnis zur Leistungsaufnahme sehr großen Entladungsbogen den Nachteil, daß die hierdurch notwendigerweise große Leuchte durch Windbelastung und Gewicht einen schweren Mast und somit ein schweres Fundament erfordert. Der Entladungsbogen ist dabei nicht nur deswegen umfangreich, weil er lang ist, sondern auch weil er im horizontalen Betrieb (im Betrieb mit einer Geraden durch die Elektroden in einer Horizontalebene) nach oben hin aufbauscht.

Andere Nachteile der bekannten Lampe sind eine stark abnehmende Lichtausbeute durch die geringere Transparenz des Lampen kolbens durch Schwärzung und Angriff auf den Quarz und eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer von wenigen hundert Stunden durch Abbrechen von Elektroden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lampe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die sich unter anderem für Stadionbeleuchtung eignet, deren erzeugtes Licht sich gut bündeln läßt, die eine verhältnismäßig lange Lebensdauer hat und in der der Rückgang in der Transparenz des Kolbens unterdrückt ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Lampe eingangs erwähnter Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

- der Entladungsraum oval ist, der Abstand d dabei zwischen den Elektrodenspitzen zwischen 15 und 30 mm beträgt,
- jede Elektrode nahe bei ihrer Spitze eine Umwicklung aus hitzefestem Metalldraht hat, die eine erste Windungsschicht und eine zweite Windungsschicht um die erste Windungsschicht herum besitzt und die Elektrodenspitze freiläßt,
- das Verhältnis d/D zwischen 0,75 und 1,25 liegt,
- das Verhältnis zwischen Brom- und Jodatomen in der Gasfüllung Br/I zwischen 1,5 und 4 liegt,
- die Lampe im Betrieb bei Nennspannung eine Leistung zwischen 1600 und 2000 Watt aufnimmt.

Durch alle diese zusammenhängenden Kennzeichen eignet sich die Lampe nach der Erfindung ausgezeichnet zur Verwendung für die Beleuchtung von Großflächen, wie Sportstadien. Das von der Lampe erzeugte Licht läßt sich von einer verhältnismäßig kleinen Leuchte ausgezeichnet bündeln, weil der von der Lampe erzeugte Entladungsbogen kompakt ist. Die Lampe hat eine verhältnismäßig lange Lebensdauer von wenigstens etwa 1500 Stunden, dies auch infolge einer verhältnismäßig niedrigen maximalen Wandtemperatur von etwa 1000°C.

Die Kürze des Entladungsbogens mit der beschriebenen hohen Leistung wird teilweise durch die Werte von d bestimmt. Bei höheren Werten von d vergrößert sich der Umfang der erforderlichen Leuchte. Bei kleineren Werten von d wird stellenweise die Belastung des Lampenkolbens zu hoch, um einen Angriff auf das Quarzglas ausreichend zu vermeiden. Ein Angriff auf das Quarzglas würde dadurch Lichtverluste verursachen, daß das Glas dadurch weniger transparent wird. Weiter würde das Glas eine lichtstreuende Wirkung bekommen, wodurch die Wirksamkeit einer Leuchte zum Bündeln des Lichts der Lampe kleiner werden würde.

Das Verhältnis d/D ist wichtig, weil bei höheren Werten als den spezifizierten ein starker Angriff auf das Quarzglas auftritt, während bei niedrigeren Werten der Entladungsbogen eine stark gekrümmte Form besitzt, wodurch die Bündelungsmöglichkeit des erzeugten Lichts geringer wird.

Auch die ovale Form des Entladungsraums ist zum Vermeiden eines zu stark gekrümmten Entladungsbogens wichtig. Die Form ist auch dadurch wichtig für die Lebensdauer der Lampe, daß hierdurch Kontakt zwischen den Elektroden und der Halogenidfüllung bei abgeschalteter Lampe und damit dem Angriff auf diese Elektroden begegnet wird.

Die Elektroden haben durch die nicht umwickelten Elek trodenspitzen einen bestimmten Angriffspunkt für den Entladungsbogen, während sonst die Umwicklung eine zu hohe Elektrodentemperatur ver hindert, die eine kurze Lebensdauer zur Folge haben würde.

Auch das spezifizierte Br/I-Verhältnis ist für die Lebensdauer wichtig. Bei höheren Werten als 4 kann Angriff der Elektroden auftreten, bei niedrigeren Werten als 1,5 kann Schwärzung des Lampenkolbens und dadurch Verkürzung der Nutzlebensdauer der Lampe auf treten.

Die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf eine Leuchte mit der erfindungsgemäßen Hochdruckentladungslampe, die dadurch gekennzeichnet ist, daß

- ein konkaver, rotationssymmetrischer Reflektor mit einer optischen Achse, einer Spitze an der Stelle, an der die optische Achse den Reflektor schneidet, und einem optischen Zentrum auf der optischen Achse vorgesehen ist, wobei der Reflektor Öffnungen zum Aufnehmen der Enden des Kolbens der Hochdruckentladungslampe enthält,
- die Hochdruckentladungslampe quer zur optischen Achse des Reflektors, mit dem optischen Zentrum zwischen den Spitzen der Elektroden angeordnet ist, und
- ein Schirm in dem vom Reflektor umgebenen Raum vorgesehen sind, wobei der Schirm im wesentlichen parallel zu den Elektroden der Lampe verläuft und im Abstand von der optischen Achse des Reflektors an der von der Spitze des Reflektors abgewandten Seite der Lampe liegt.

Lampe und Leuchte zusammen liefern ein gut abgegrenztes Lichtbündel. Die rotationssymmetrische Form des Reflektors, beispiels weise ein Paraboloid, macht das Bündel auch in Ebenen durch die Elek troden der Lampe schmal. Der Schirm im Reflektor fängt Licht ein, das bei Abwesenheit dieses Schirms ohne Reflexion vom Reflektor beispiels weise in Aufwärtsrichtungen aus der Leuchte entweichen würde. Bei Verwendung der Leuchte mit dem Schirm über der optischen Achse läßt sich vermeiden, daß die Leuchte Licht in horizontalen oder in Aufwärtsrichtungen ausstrahlt, wenn die Leuchte abwärts gerichtet ist. Denn derartiges Licht würde als störend (Streulicht) empfunden werden.

Der Schirm kann an seiner der Achse zugewandten Seite spiegelnd sein. Dadurch wird ein erheblicher Gewinn in der Licht ausbeute der Leuchte gemacht. Die von der Achse abgewandte Seite kann lichtabsorbierend sein, beispielsweise schwarz mattiert, um Reflexionen an dieser Oberfläche zu vermeiden.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist der Reflektor facettiert. Dadurch wird eine größere Homogenität der Lichtstärke des Lichtbündels erhalten. Beispielsweise können die Facetten in Axialbahnen und ebenfalls in Umlaufbahnen auf der Reflek toroberfläche angeordnet sein. Bei Verwendung beispielsweise eines glatten Paraboloidreflektors sind Lampe und Leuchte besonders geeignet zum Anstrahlen von Türmen oder sehr hohen Gebäuden, z. B. von 100 m Höhe oder darüber.

Ein Ausführungsbeispiel einer Hochdruckentladungslampe und einer Leuchte mit dieser Lampe nach der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht der Lampe,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Leuchte mit der schematisch dargestellten Lampe nach Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch den Reflektor der Fig. 2.

In Fig. 1 enthält die Hochdruckentladungslampe einen vakuumdicht geschlossenen Quarzglaslampenkolben 1, der einen Entladungs raum 2 mit einer langen Achse 3 umschließt. Der Entladungsraum 2 hat eine ionisierbare Füllung, die Quecksilber, Bromide und Jodide von Seltenen-Erde-Metallen 4 und Edelgas enthält. Entlang der langen Achse 3 des Entladungsraums 2 sind einander gegenüber stabförmige Elektroden 5 angeordnet, die je eine Spitze 6 enthalten. Die Spitzen 6 haben einen gegenseitigen Abstand d. Stromzuführungsleiter 7 und 7' sind mit je einer Elektrode 5 verbunden und treten einander gegenüber durch die Wand des Kolbens 1 heraus. Die Teile 7 dieser Stromzuführungsleiter 7 und 7' sind folienförmig. Der Entladungsraum 2 hat einen größten Durchmesser D quer zu dessen langen Achse 3. Zwischen d und D gibt es ein bestimmtes Verhältnis. Die Lampe nimmt im Betrieb eine Leistung von mindestens 250 W auf.

In der erfindungsgemäßen Lampe nach Fig. 1 ist der Entladungsraum 2 oval und der Abstand d zwischen den Spitzen 6 der Elektroden 5 liegt zwischen 15 und 30 mm. Die Elektroden 5 besitzen nahe bei ihrer Spitze 6 eine Umwicklung 8 aus hitzefestem Metalldraht, bei spielsweise genauso wie die Elektroden 5 aus Wolfram. Die Umwicklungen 8 haben eine erste Schicht, beispielsweise von 7 bis 10 Windungen, 9 und eine zweite Schicht, beispielsweise von 5 bis 8 Windungen, 10 um die ersten Windungen 9 herum und lassen die Spitzen 6 der Elektroden 5 frei, beispielsweise über eine Länge von 1 bis 4 mm. Das Verhältnis d/D liegt zwischen 0,75 und 1,25. Der Kolben 1 hat nahe bei den Elektroden 5 eine Auskleidung 11 von ZrO₂. Das Verhältnis zwischen den Brom- und den Jodatomen in der Gasfüllung Br/I liegt zwischen 1,5 und 4. Die Lampe nimmt im Betrieb eine Leistung zwischen 1600 und 2000 W auf.

Pro 1 mm Abstand zwischen den Elektrodenspitzen 6 kann die Lampe mit folgendem gefüllt sein:
2 bis 10 mbar Edelgas, beispielsweise Argon
2 bis 5 mg Quecksilber,
0,25 bis 1 mg Seltenerd-Halogenid, beispielsweise Dysprosium-Halogenid, insbesondere Dysprosium-Bromid, oder eine Mischung zweier oder mehrerer Seltenerd-Halogenide, beispielsweise der Bromide und/oder Jodide von Dysprosium und Holmium und/oder Thullium. Die Füllung kann weiter Cäsium-Halogenid enthalten, beispielsweise 0,25 bis 1 mg Jodid pro 1 mm Abstand zwischen den Elektrodenspitzen. Dies ergibt einen diffus an die Elektroden angreifenden Bogen. Die Füllung kann weiter nach Bedarf 0,25 bis 0,75 mm HgBr₂ pro 1 mm Abstand zwischen den Elektroden spitzen und/oder ggf. 0,05 bis 0,3 mg HgJ₂ enthalten. Das Verhältnis zwischen Brom- und Jodatomen in der Füllung beträgt dabei 1,5 bis 4.

In einer Versuchsreihe von 25 Lampen betrug der Elektro denspitzenabstand d = 25 mm und d/D = 0,86. Der Durchmesser der Wolfram-Elektrodenstäbe war zwischen 1500 und 2000 µm gewählt und betrug 1750 µm. In 2 mm Abstand von ihrer Spitze waren die Elektrodenstäbe mit Wolframdraht von 800 bis 1000 µm umwickelt, insbesondere 900 µm, mit 9 Windungen in der ersten und 7 Windungen in der zweiten Schicht. Die Füllung der Lampe bestand aus 150 mb Ar, 95 mg Hg, 3,6 mg DyBr₃, 3,6 mg HoBr₃, 4,8 mg TmBr₃, 11,75 mg CsI, 10,50 mg HgBr₂ und 3,0 mg HgI₂. Das Verhältnis Br/I betrug dabei 3,0. Die Lampen nahmen bei Nennspannung eine Leistung von 1800 W auf und hatten eine Lebensdauer von über 1500 Stunden, d. h. 23 der Lampen (d. h. wenigstens 90% der Gesamtzahl) hatten nach 1500 Betriebsstunden eine Lichtausbeute von über 85% der Lichtausbeute nach 100 Betriebsstunden.

Fig. 2 und 3 zeigen eine Leuchte mit der erfindungs gemässen Hochdruckentlandungslampe 20, die nur schematisch dargestellt ist. Die Leuchte enthält einen konkaven, rotationssymmetrischen Reflektor 30 mit einer optischen Achse 31 und einer Spitze 32, wobei die optische Achse den Reflektor 30 schneidet. Auf der optischen Achse 31 liegt ein optisches Zentrum 33. Der Reflektor 30 hat Löcher 38 zum Aufnehmen der Enden des Lampenkolbens der Hochdruckentladungslampe 20. Die Hochdruckentladungslampe 20 verläuft quer zur optischen Achse 31 des Reflektors 30, wobei das, optische Zentrum 33 zwischen den Spitzen 26 der Elektroden 25 liegt. In dem vom Reflektor 30 umgebenen Raum befindet sich ein Schirm 34, der im wesentlichen parallel zu den Elektroden 25 der Lampe 20 verläuft, in der Zeichnung gleichfalls im wesentlichen parallel zur optischen Achse 31. Der Schirm 34 befindet sich im Abstand von der optischen Achse 31 des Reflektors 30 an der von der Spitze 32 des Reflektors 30 abgewandten Seite der Lampe 20. In den Figuren ist der Reflektor 30 facettiert und der Schirm 34 enthält eine spiegelnde Oberfläche 35 sowie eine lichtabsorbierende Oberfläche 36. Der lichtgebende Teil der Lampe 20 ist schematisch und mit 37 bezeichnet. Das im Winkel α ausgestrahlte Licht wird vom Schirm 34 dem vom Reflektor 30 gebildeten Bündel zugesetzt. Die Leuchte strahlt nahezu kein Licht in Aufwärtsrichtungen aus, wenn der Reflektor 30 abwärts gerichtet ist und die optische Achse wenigstens einen Winkel β mit der Horizontalen bildet. Die dargestellte Leuchte eignet sich ausgezeichnet zur Verwendung für die Beleuchtung eines Sportfeldes aus einer Höhe von 40 bis 60 m.

Claims

1. Hochdruckgasentladungslampe mit
einem vakuumdicht geschlossenen Quarzglaslampenkolben, der einen Entladungsraum mit einer langen Achse umschließt und eine ionisier bare Füllung aus Quecksilber, einem Edelgas und Bromide und Jodide von Seltenen-Erde-Metallen enthält,
einander gegenüberliegenden, entlang der langen Achse des Entladungs raums angeordneten, stabförmigen Elektroden mit je einer Spitze, wobei die Spitzen einen Abstand d zueinander haben,
Stromzuführungsleitern, die einander gegenüber durch die Wand des Kolbens heraustreten und mit der betreffenden Elektrode verbunden sind,
wobei der Abstand d zwischen den Elektrodenspitzen in einem bestimmten Verhältnis d/D zum größten Durchmesser D des Entladungsraums quer zu seiner langen Achse steht
und die Lampe im Betrieb eine Leistung von mindestens 250 W aufnimmt,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Entladungsraum oval ist, der Abstand d zwischen den Spitzen der Elektroden zwischen 15 und 30 mm beträgt,
jede Elektrode nahe bei ihrer Spitze eine Umwicklung aus hitzefestem Metalldraht hat, die eine erste Windungsschicht und eine zweite Windungsschicht um die erste Windungsschicht herum besitzt und die Spitze der Elektrode freiläßt,
das Verhältnis d/D zwischen 0,75 und 1,25 liegt,
das Verhältnis zwischen Brom- und Jodatomen in der Gasfüllung Br/I zwischen 1,5 und 4 liegt,
die Lampe im Betrieb bei Nennspannung eine Leistung zwischen 1600 und 2000 W aufnimmt.

2. Leuchte mit einer Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß
ein konkaver, rotationssymmetrischer Reflektor mit einer optischen Achse, einer Spitze an der Stelle, an der die optische Achse den Reflektor schneidet, und einem optischen Zentrum auf der optischen Achse vorgesehen ist, wobei der Reflektor Öffnungen zum Aufnehmen der Enden des Kolbens der Hochdruckentladungslampe enthält,
die Hochdruckentladungslampe quer zur optischen Achse des Reflektors mit dem optischen Zentrum zwischen den Spitzen der Elektroden angeordnet ist,
ein Schirm in dem vom Reflektor umgebenen Raum angebracht ist, der im wesentlichen parallel zu den Elektroden der Lampe verläuft und im Abstand von der optischen Achse des Reflektors an der von der Spitze des Reflektors abgewandten Seite der Lampe liegt.