[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Metallhalogenid-Entladungslampen mit einer Natrium-
und Galliumhalogenid enthaltenden Füllung und umfaßt insbesondere eine Entladungslampe
für Raumbeleuchtung mit hoher Lichtausbeute.
[0002] Metallhalogenid-Entladungslampen enthalten als Füllung unterschiedliche Metallhalogenide.
Zur Erzielung einer für die Innenraumbeleuchtung erwünschten warmen Lichtfarbe ist
es entscheidend wichtig, eine möglichst hohe Natrium-Konzentration im Kern der Entladung
zu erzielen, ohne dabei die Brennerwand thermisch zu sehr zu belasten. Die erforderliche
niedrige Farbtemperatur wird dabei durch die intensive Strahlung des Na-Resonanzlinienpaares
bei 590 nm erreicht. Als wirksame Maßnahme für eine solche Konzentrationserhöhung
hat sich hierbei der Einsatz zusätzlicher Metallhalogenide erwiesen, die mit dem ebenfalls
eingesetzten Natriumhalogenid gasförmige Heterokomplexe bilden. Solche Heterokomplexe
können über der Brennerwand einen höheren Dampfdruck als das reine Natriumhalogenid
haben und führen dann zur gewünschten Konzentrationserhöhung von Natrium im Bogenkern.
[0003] So wird bereits in der DE-A-20 59 577 eine Entladungslampe beschrieben, die Natrium
und Indium in einem Molverhältnis von 0,05 bis 0,8 enthält.
[0004] Gemäß der DE-A-24 22 411 soll ein Verstärkungseffekt insbesondere durch Aluminiumhalogenide
erreicht werden, wobei Na/Al-Molverhältnisse von 0,3 bis 10 bevorzugt werden. Solche
Lampen sollen außer Quecksilber, Edelgas und Halogen mindestens eines der Metalle
Na, Li, K, Cs, Ca, Sr, Ba und ggf. Cd, Ga, In, Tl, Sn, Sc, Y und Seltenerden enthalten.
[0005] Aus der DE-C-26 05 290 ist eine Entladungslampe bekannt, die neben Quecksilber und
Edelgas Natriumhalogenid und Zinn enthält, wobei die Na/Sn-Molverhältnisse insbesondere
zwischen 0,01 und 50 liegen sollen.
[0006] Bereits auf dem Markt befindliche Halogenid-Entladungslampen gemäß der Patentschrift
DE-C-26 55 167 verwenden für die Konzentrationserhöhung einen Zusatz aus SnX₂ (X =
Br, I). Die Konzentrationserhöhung erfolgt dann über die Na und Sn enthaltenden Heterokomplexe
des Typs NaSnX₃.
[0007] Aus der DE-A-32 42 752 sind schließlich Entladungslampen bekannt, die Quecksilber,
Argon sowie In (ggf. ersetzt durch Ga), Na, Li, Sn (ggf. ersetzt durch Al), Halogen
und Tl enthalten, bei denen für die Komplexbildung mit Natriumhalogenid neben den
vorhandenen Indium- (bzw. Gallium-) Halogeniden im wesentlichen Halogenverbindungen
der Elemente Zinn und/oder Aluminium wirksam werden sollen. Aus den angegebenen Bereichsgrenzen
errechnet sich ein Na/In (Ga)-Molverhältnis von 0,012 bis 4,8. Die als Beispiel angegebene
Lampenfüllung enthält neben Ar, Hg, HgJ, TlJ und LiJ die Verbindungen NaJ, InJ und
SnJ₂, wobei Na zu In im Molverhältnis von 0,81 vorliegen.
[0008] Es wurde nun gefunden, daß die Natriumkonzentration in derartigen Lampen gegenüber
der Komplexbildung mit Zinnhalogeniden erhöht ist, wenn für die Bildung eines galliumhaltigen
Heterokomplexes des Typs NaGaX₄ gesorgt wird, bei dem X insbesondere für Chlor oder
Brom steht. Mit NaGaCl₄ kann die höchste Natriumverstärkung erzielt werden.
[0009] Solche Lampen können mit einer für die Raumbeleuchtung attraktiven warmen Lichtfarbe
konzipiert werden, so daß in Anbetracht der hohen Lichtausbeute eine diesbezügliche
Anwendung von großem Interesse sein dürfte. Besonders hohe Na-Verstärkungen weisen
Mischungen mit etwa gleichen Molteilen an NaCl und GaCl₃ auf. Durch Veränderung des
Molverhältnisses kann eine Variation der Lichtfarbe erreicht werden. Um Lampen neutralweißer
Farbe zu erhalten, wird man innerhalb des definierten Bereichs relativ niedrige Na/Ga-Molverhältnisse
wählen; bei solchen Lampen kann auf die sonst üblichen Seltenerd-Zusätze verzichtet
werden.
[0010] Der durch die Komplexbildung erzielte Verstärkungseffekt ist für Metallhalogenid-Entladungslampen
allgemein von Interesse. Um die Elektrodenkorrosion in Grenzen zu halten, die beim
Chlorid am stärksten ist und zum Jodid hin über Bromid abnimmt, sollte dabei ein gewisser
Anteil der Halogenkomponente durch Jodid (insbesondere zumindest 5 %, vorzugsweise
> 10 %) gebildet werden, wobei dann jedoch die verstärkende Wirkung vermindert ist,
so daß je nach Anwendung eine gewisse Obergrenze nicht überschritten werden sollte.
Bei optimaler Na/Ga-Abstimmung erweisen sich jedoch auch Lampen als nützlich die lediglich
Jodid enthalten, was insbesondere für eine warme Lichtfarbe wichtig wäre. Solche lampen
fallen jedoch nicht unter den Schutzumfang der nachstehenden Ansprüche.
[0011] Die erfindungsgemäßen Metallhalogenid-Entladungslampen der eingangs genannten Art
sind demgemäß
gekennzeichnet
durch eine ausschließlich aus Natrium-, Gallium- und Thalliumhalogeniden, Quecksilber
und Edelgas bestehende Füllung, wobei Natrium und Gallium als Mischhalogenide von
Chlor und Jod, Brom und Jod oder Chlor, Brom und Jod vorliegen, deren Jodanteil des
Halogens höchstens 85 At% ausmacht und deren Molverhältnis von Natrium zu Gallium
über 1 liegt.
[0012] Die durch den Zusatz von GaBr₃ und/oder GaCl₃ erreichbare Erhöhung der Natriumkonzentration
übertrifft die mit den bisher zugesetzten Sn-Halogeniden erreichbare wesentlich, wie
durch folgenden Versuch gezeigt werden kann:
[0013] Ein Maß für die Natrium-Konzentrationserhöhung im Bogenkern ist das Verhältnis aus
der Natrium-Konzentration im Dampf über einer Mischung aus Natriumhalogenid und dem
zugesetzten komplexbildenden Metallhalogenid zu der Natrium-Konzentration über reinem
Natriumjodid bei der Brennerwandtemperatur. Dieses Verhältnis wird E genannt. Dieses
wurde für unterschiedliche Bodenkörper bei der für Metallhalogenidbrenner typischen
cold-spot-Temperatur von 800°C mit Hilfe von Dampfdichte-Messungen ermittelt. Tabelle
1 zeigt die erhaltenen Ergebnisse.
[0014] Wie man sieht, wird durch Galliumhalogenide eine deutlich höhere Zunahme der Natrium-Konzentrationen
über der Mischung erreicht als mit Zinnhalogeniden, wobei eine Steigerung vom Galliumjodid
über das Galliumbromid zum Galliumchlorid erkennbar ist. Zweckmäßig wäre danach eine
Heterokomplexbildung mit Galliumchlorid allein, die jedoch wegen der hauptsächlich
durch das aggressive Chlor bewirkten Elektrodenkorrosion problematisch ist. Aus diesem
Grunde werden jodidhaltige Mischungen vorgesehen, deren Korrosivität vermindert ist.
Vorzugsweise sollte dabei der Jodanteil des Halogens über 40 At%, insbesondere zwischen
50 und 80 At% liegen.
[0015] Bestimmend für die Auswahl des Jodidanteils ist das durch Bromid und insbesondere
Chlorid erhöhte Korrosionsrisiko der Elektroden, woraufhin zur Zeit Mischungen mit
zumindest 40 % Jodanteil favorisiert werden.
[0016] Das zweckmäßigerweise auszuwählende Molverhältnis von Natriumhalogenid zu Galliumhalogenid,
das insbesondere im Bereich von 1 bis 19 gewählt wird, unterliegt ebenfalls begrenzenden
Einflüssen: einerseits wird durch einen zu geringen Galliumanteil die gewünschte Natriumverstärkung
schwerlich erreicht, während andererseits zu hohe Galliumanteile über die genannten
Gallium-Resonanzlinien im blauen Spektralbereich zu einer unerwünschten Erhöhung der
Farbtemperatur führen. Bevorzugt werden daher molare Verhältnisse von Na zu Ga von
2 bis 8, insbesondere um den Wert 3 herum.
[0017] Die Anwesenheit von Thalliumhalogenid ist geeignet, die Farbkoordinaten X und Y der
Bogenstrahlung möglichst mit denen des Planckschen Strahlers zur Deckung zu bringen.
Ein Farbpunkt oberhalb des Planckschen Kurvenzuges (zu große Y-Werte) bewirkt einen
Grünstich des emittierten Lichts, während unterhalb der Planck-Kurve (zu kleine Y-Werte)
ein unnatürlicher rötlicher Farbeindruck resultiert.
[0018] In den Figuren 1, 2 und 3 sind die Konstruktionsmerkmale und die Lichtstromspektren
zweier Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung wiedergegeben. Figur 1 zeigt das aus
Quarzglas bestehende Entladungsgefäß 1 und den dasselbe umgebenden Außenkolben 2.
Das isotherm ausgebildete Entladungsgefäß besitzt einen maximalen Innendurchmesser
von 9mm, zeinen Elektrodenabstand von 7 mm und ein Innenvolumen von ca. 0,7 cm³. Die
Elektroden sind wendelförmig ausgebildet. Die Enden des Entladungsgefäßes 1 sind mit
einem die Wärmestrahlung reflektierenden Zirkondioxidbelag 3 versehen.
[0019] Das dargestellte Entladungsgefäß wurde neben dem Zündgas Ar (80 mbar) mit folgenden
Füllungen versehen
1) (Spektrum s. Fig. 2)
[0020]
- 15,0 mg
- Hg
- 0,64 mg
- GaI₃
- 0,50 mg
- NaI
- 0,15 mg
- NaBr
- 0,19 mg
- TlI
Na : Ga
3,4
[0021] Elektrische und Lichttechnische Daten:
- Netz:
- 220 V, 50 Hz
- Lampenleistung:
- 73 W
- Lampenstrom:
- 0,97 A
- Lampenspannung:
- 88 V
- Lichtausbeute:
- 62 lm/W
- Farbtemperatur:
- 3500 K
- Farbkoordinaten:
- X = 0,384; Y = 0,327
- Farbwiedergabeindex:
- Ra = 79
2) (Spektrum s. Fig. 3)
[0022]
- 16,0 mg
- Hg
- 0,64 mg
- GaI₃
- 0,26 mg
- NaCl
- 0,25 mg
- TlCl
Na : Ga
3,1
[0023] Elektrische und Lichttechnische Daten:
- Netz:
- 220 V, 50 Hz
- Lampenleistung:
- 78 W
- Lampenstrom:
- 0,88 A
- Lampenspannung:
- 110 V
- Lichtausbeute:
- 76 lm/W
- Farbtemperatur:
- 4130 K
- Farbkoordinaten:
- X = 0,386; Y = 0,416
- Farbwiedergabeindex:
- Ra = 69
1. Metallhalogenid-Entladungslampen mit einer ausschließlich aus Natrium-, Gallium- und
Thalliumhalogeniden, Quecksilber und Edelgas bestehenden Füllung, wobei Natrium und
Gallium als Mischhalogenide von Chlor und Jod, Brom und Jod oder Chlor, Brom und Jod
vorliegen, deren Jodanteil des Halogens höchstens 85 At% ausmacht und deren Molverhältnis
von Natrium zu Gallium über 1 liegt.
2. Entladungslampe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Natrium und Gallium als Mischhalogenide vorliegen, deren Jodanteil des Halogens
zwischen 50 und 80 At% liegt.
3. Entladungslampe nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
ein Molverhältnis von Natrium zu Gallium von 1 bis 19, insbesondere 2 bis 8.
4. Entladungslampe für Raumbeleuchtung mit hoher Lichtausbeute,
gekennzeichnet durch
eine Füllung mit einem
-Molverhältnis um 3.
1. Metal halide discharge lamps having a filling composed exclusively of sodium, gallium
and thallium halides, mercury and noble gas, sodium and gallium being present as mixed
halides of chlorine and iodine, bromine and iodine or chlorine, bromine and iodine
whose iodine component of the halogen forms not more than 85 atomic % and whose molar
ratio of sodium to gallium is more than 1.
2. Discharge lamp according to Claim 1, characterized in that sodium and gallium are
present as mixed halides whose iodine component of the halogen is between 50 and 80
atomic %.
3. Discharge lamp according to Claim 1 or 2, characterized by a molar ratio of sodium
to gallium of 1 to 19, in particular 2 to 8.
4. Discharge lamp for room illumination having a high luminous efficiency, characterized
by a filling having a
molar ratio of around 3.
1. Lampes à décharge contenant des halogénures de métal, avec une charge formée exclusivement
d'halogénures de sodium, de gallium et de thallium, de mercure et d'un gaz rare, le
sodium et le gallium étant sous la forme d'halogénures mélangés de chlore et d'iode,
de brome et d'iode, ou de chlore, de brome et d'iode, la quantité d'iode de l'halogène
représentant au plus 85 % At, et le rapport molaire du sodium au gallium étant supérieur
à 1.
2. Lampe à décharge selon la revendication 1, caractérisée en ce que le sodium et le
gallium sont sous la forme d'halogénures mélangés, la quantité d'iode de l'halogène
représentant entre 50 et 80 % At.
3. Lampe à décharge selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par un rapport molaire
du sodium au gallium de 1 à 19, particulièrement de 2 à 8.
4. Lampe à décharge pour l'éclairage d'une pièce avec un rendement lumineux élevé, caractérisé
par une charge avec un rapport molaire de Na/Ga valant environ 3.