Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe

Abstract

 Bei einer Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) mit einer Leistungsaufnahme größer 4000 W enthält das Entladungsgefäß (2) aus hochtemperaturfestem lichtdurchlässigen Material als einzigen Kolben zur Erzielung einer Farbtemperatur von ca. 6000 K und eines Farbwiedergabeindexes Ra von größer 90 als Halogenide neben Holmium und/oder Dysprosium zusätzlich Gadolinium. Pro cm³ des Entladungsgefäßes weist die Lampe mit einer spezifischen Wandbelastung zwischen 50 und 120 W/cm² und einer spezifischen Bogenleistung zwischen 1000 und 5000 W/cm eine Menge von 0,01 bis 2,3 mg Gadolinium sowie jeweils 0,01 bis 2,4 mg Holmium und/oder Dysprosium auf. Das Entladungsgefäß (2) enthält die Halogene Brom und/oder Jod in einem das stöchiometrische Verhältnis der Seltenerd-Halogenidverbindungen übersteigenden Halogenüberschuß sowie Cäsium.

Beschreibung

Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe

[0001] Die Erfindung betrifft eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe mit einer Leistungsaufnahme größer 4000 W, einem Entladungsgefäß aus hochtemperaturfestem, lichtdurchlässigen Material als einzigen Kolben, zwei hochtemperaturbeständigen Elektroden sowie einer Füllung aus Quecksilber, mindestens einem Edelgas und Halogeniden der Seltenen Erden, zumindest Holmium und/ oder Dysprosium, wobei die Lampe eine spezifische Wandbelastung zwischen 50 und 120 W/cm² und eine spezifische Bogenleistung zwischen 1000 und 5000 W/cm besitzt.

[0002] Aus der DE-PS 19 40 539 und der DE-PS 21 14 804 sind Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampen mit Zusatz von Halogeniden der Seltenen Erden, insbesondere von Dysprosium und/oder Holmium und/oder Thulium bekannt. Diese Lampen mit einer Lichtausbeute von größer 85 lm/W sollen Strahlung abgeben, die eine möglichst tageslichtähnliche spektrale Zusammensetzung und eine Lichtfarbe von ca. 6000 K mit einem Farbwiedergabeindex von größer 90 besitzt. Lampen dieser Art werden insbesondere in Beleuchtungssystemen für Bühne, Film und Fernsehen eingesetzt, wo eine möglichst tageslicht- ähnliche Farbtemperatur und eine sehr gute Farbwiedergabe benötigt werden.

[0003] Es zeigte sich, daß Lampen mit dieser Füllungszusammensetzung und Aufnahmeleistungen unter 4000 W Licht erzeugen, das die gewünschten Werte der Farbtemperatur und der Farbwiedergabe erreicht. Bei Lampen höherer Leistungsaufnahme und gleicher Halogenidzusammensetzung geht jedoch die Farbtemperatur des Lichts deutlich zurück, so daß diese Lampen die an sie gestellten Anforderungen nicht mehr erfüllen.

[0004] Eine Farbtemperatur von ca. 6000 K ist deshalb notwendig, weil durch den Einbau solcher Lampen in Beleuchtungssysteme die Farbtemperatur des ausgesandten Lichts aufgrund der Konstruktion und Ausgestaltung des Systems um einige 100 K sinkt. Für die Erstellung guter Film- bzw. Fernsehaufnahmen muß aber das Beleuchtungslicht eine Farbtemperatur von ca. 5600 K aufweisen, so daß die Lampen ohne Beleuchtungssystem ein Licht mit einer Farbtemperatur von ca. 6000 K besitzen sollten.

[0005] Ziel der Erfindung war es daher, Metallhalogenidzusammensetzungen und Mengenbereiche für diese Zusammensetzungen zu finden, mit denen sich auch bei Hochdruckentladungslampen mit Leistungsaufnahmen deutlich über 4000 W Licht erzeugen läßt, das eine Farbtemperatur von ca. 6000 K bei sehr guter Farbwiedergabe besitzt.

[0006] Die Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß zur Erzielung einer Farbtemperatur von ca. 6000 K und eines Farbwiedergabeindexes Ra von größer 90 zusätzlich Gadoliniumhalogenid enthält.

[0007] Die Strahlungsemission bei Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampen mit Leistungsaufnahmen von 4000 W und mehr wird wesentlich durch Übergänge aus hochangeregten Zuständen (Rydbergatome) sowie durch die Strahlungsübergänge in mehrfach geladenen Ionen bestimmt. Die nicht vollständig besetzten bzw. freien inneren Schalen bei Seltenen Erden (z.B. Ho:4f, 5d, 5f in LS-Kopplung) führen zusätzlich wegen der hohen Multiplizität der Terme zu einer weiteren Linienvielfalt (Quasikontinuum). Berechnungen der spektralen Eigenschaften dieses Lampentyps sind nicht sinnvoll, da durch die zahlreichen und komplizierten Abhängigkeiten der Einzelparameter eine strenge Aussage bezüglich Farbort und Farbwiedergabe nicht möglich ist.

[0008] Es wurden deshalb Untersuchungen mit unterschiedlichen Mengenzusammensetzungen der Füllungselemente Gadolinium, Holmium und Dysprosium bei Hochdruckentladungslampen mit Leistungsaufnahmen zwischen 4000 und 14 000 W durchgeführt. Dabei zeigte sich, daß für Lichtausbeuten von über 80 lm/W mit einer Farbtemperatur von 6000 K und einem Farbwiedergabeindex von größer 95 das Entladungsgefäß pro cm³ seines Volumens 0,01 bis 2,3 mg Gadolinium sowie jeweils 0,01 bis 2,4 mg Holmium und/oder Dysprosium enthalten muß.

[0009] Für eine lange mittlere Lebensdauer ist ein gut funktionierender Halogen-Kreislauf von besonderer Bedeutung. Optimale Bedingungen für eine mittlere Lebensdauer von 250 Stunden werden bei der obigen Lampe erzielt, wenn das Entladungsgefäß als Halogene Brom und/oder Jod enthält und diese Elemente in einem das stöchiometrische Verhältnis der Seltenerdhalogenid-Verbindungen übersteigenden Halogenüberschuß im Entladungsgefäß vorliegen.

[0010] Das Entladungsgefäß enthält außerdem zur Erzeugung eines diffusen Bogenansatzes Cäsium. Die Menge des Cäsiums muß dabei so bemessen sein, daß sie für eine Bogenstabilisierung gerade ausreicht. Sie darf diese Menge jedoch nicht überschreiten, da Cäsium die Entglasung beschleunigt und die hier vorliegenden hochbelasteten Lampen Kolbentemperaturen von ca. 900 °C besitzen, die nur wenig unterhalb des Transformationspunktes für Quarzglas bei ca. 1100 °C liegen.

[0011] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der nachfolgenden Figuren erläutert.

[0012] 

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe

Figur 2 zeigt ein Spektrum des Lichts, wie es von der in Figur 1 dargestellten Lampe abgegeben wird, im Vergleich zu einem Tageslichtspektrum.

[0013] In Figur 1 ist eine Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Leistungsaufnahme von 12 000 W dargestellt. Das Entladungsgefäß 2 aus Quarz mit einer Wandstärke von 5 mm und einem Außendurchmesser d₁ von 65 mm besitzt zwei Lampenschäfte 3, 4. Die Gesamtlänge 1₁ mit den Schäften 3, 4 beträgt 465 mm. Die stabförmigen Wolframelektroden 5, 6 sind über Molybdänfolien 7, 8, die vakuumdicht in die Lampenschäfte 3, 4 eingeschmolzen sind, mit den Hülsensockeln 9, 10 verbunden, die einen Durchmesser d₂ von 25,5 mm und eine Länge 1₂ von 60 mm haben. Die genormten Sockel 9, 10 vom Typ K 25s besitzen außerdem Anschlußkabel 11, 12 von 150 mm Länge mit Kabelschuhen 13, 14.

[0014] Das Entladungsgefäß 2 mit einem Volumen von 105,5 cm³ und einem Elektrodenabstand von 32 mm besitzt eine Füllung, die sich aus 12,6 mg Ho, 12,0 mg Gd, 60,6 mg CsBr, 90,0 mg HgBr₂ und 70,7 mg HgJ₂ sowie zusätzlich 939,6 mg elementarem Hg und 400 hPa Ar zusammensetzt.

[0015] Die Lichtausbeute der Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe 1 mit einer Farbtemperatur von 6000 K und einem Farbwiedergabeindex Ra von größer 95 beträgt 84 lm/W. Die Lampe wird an einer Versorgungsspannung von 380 V in Brennstellung p 15 betrieben und besitzt dabei eine Brennspannung von 225 V bei einer Stromstärke von 65 A.

[0016] In Figur 2 ist ein Spektrum des Lichts im Bereich einer Wellenlänge zwischen 350 und 780 nm, wie es von der in Figur 1 dargestellten Lampe abgegeben wird, einem Tageslichtspektrum D (60) (nach CIE-Norm) mit einer Farbtemperatur von 6000 K gegenübergestellt. Die Figur zeigt, daß die spektrale Strahlstärke der erfindungsgemäßen Lampe weitgehend mit der Tageslichtkurve von 6000 K übereinstimmt.

Ansprüche

1. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) mit einer Leistungsaufnahme größer 4000 W, einem Entladungsgefäß (2) aus hochtemperaturfestem, lichtdurchlässigen Material als einzigen Kolben, zwei hochtemperaturbeständigen Elektroden (5, 6) sowie einer Füllung aus Quecksilber, mindestens einem Edelgas und Halogeniden der Seltenen Erden, zumindest Holmium und/oder Dysprosium, wobei die Lampe eine spezifisehe Wandbelastung zwischen 50 und 120 W/cm und eine spezifische Bogenleistung zwischen 1000 und 5000 W/cm besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) zur Erzielung einer Farbtemperatur von ca. 6000 K und eines Farbwiedergabeindexes Ra von größer 90 zusätzlich Gadoliniumhalogenid enthält.

2. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung Gadolinium in einer Menge von 0,01 bis 2,3 mg pro cm³ des Entladungsgefäßvolumens enthält.

3. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung Holmium und/oder Dysprosium in einer Menge von jeweils 0,01 bis 2,4 mg pro cm³ des Entladungsgefäßvolumens enthält.

4. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) als Halogene Brom und/oder Jod enthält.

5. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (2) einen das stöchiometrische Verhältnis der Seltenerd-Halogenidverbindungen übersteigenden Halo.. genüberschuß aufweist.

6. Metallhalogenid-Hochdruckentladungslampe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladufigsgefäß (2) Cäsium enthält.

Zeichnung