Metallhalogenidlampe

Abstract

 Eine quecksilberfreie Metallhalogenidlampe mit einer Lichtausbeute von mindestens 70 lm/W und einem Farbwiedergabeindex von mindestens 80, besitzt ein keramisches Entladungsgefäß, in das Elektroden vakuumdicht eingeführt sind. Die Füllung umfaßt folgende Komponenten:

• ein Edelgas, das als Puffergas wirkt,
• eine Verbindung eines Halogens X mit zumindest einem der Metalle Hafnium und/oder Zirkon (im folgenden als Metallhalogenid HZM bezeichnet), wobei dieses Halogenid im folgenden zusammenfassend als HZH bezeichnet wird, wobei HZH gleichzeitig Aufgaben der Spannungsgradientenbildung und der Förderung des Kreisprozesses wahrnimmt,
• ein Lichterzeuger, bestehend zumindest aus einem weiteren Metallhalogenid,
• mindestens ein weiteres Metallhalogenid MY_n, das leicht verdampft und das als Spannungsgradientenbildner verwendet wird,
• wobei der spezifische Mol-Gehalt der HZH größer gleich 3 µmol/cm³ ist.

Dabei gilt zusätzlich:

, wodurch die Lebensdauer der Lampe mehr als 5000 Std. beträgt.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Metallhalogenidlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei um quecksilberfreie Metallhalogenidlampen, vorzugsweise mit keramischem Entladungsgefäß.

Stand der Technik

[0002] Die Verwendung der Halogenide des Hafniums und/oder Zirkons für Metallhalogenidlampen zusammen mit Quecksilber als Puffergas ist schon seit langem bekannt. Aus der EP-B 627 759 ist eine Metallhalogenidlampe hoher Lichtausbeute bekannt, die Quecksilber als Puffergas verwendet. Ein Ausführungsbeispiel darin zeigt auch eine quecksilberfreie Füllung für Tageslichtanwendung mit einer Farbtemperatur von 5350 K unter Verwendung von HfBr₄ als Metallhalogenid sowie einer Zugabe von elementarem Zinn. Dabei übernimmt das Xenon (Kaltfülldruck 1 bar) die Rolle des Puffergases. Diese Lampen weisen jedoch enorme Wiederzündspitzen von etwa 600 V auf und sind daher nur mit aufwendiger Schaltungstechnik zu betreiben. Hinzu kommt, daß die Lebensdauern der dort beschriebenen Lampen zwischen wenigen Stunden und bestenfalls 2100 Stunden liegen. Diese Lampen sind daher für die Allgemeinbeleuchtung nicht geeignet.

Darstellung der Erfindung

[0003] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Metallhalogenidlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die quecksilberfrei ist und trotzdem eine lange Lebensdauer von mehr als 5000 Stunden erzielen kann.

[0004] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

[0005] Die Erfindung realisiert erstmals Hg-freie Metallhalogenidlampen, insbesondere mit keramischem Entladungsgefäß, mit Eigenschaften, wie sie bisher von Metallhalogenidlampen mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas und Hg-haltiger Füllung bekannt sind, nämlich eine hohe Lichtausbeute von mindestens 70 lm/W, und einen hohen Farbwiedergabeindex Ra von mindestens 80, bevorzugt für kleine Leistungen bis 250 W. Dabei beträgt die Lebensdauer mindestens 5000 Std. Die Lichtfarbe liegt im Bereich von warmweiß bis tageslichtweiß. Der Betrieb erfolgt vorteilhaft an einem elektronischen Vorschaltgerät.

[0006] Erstmals ist es nun gelungen, eine hervorragende Maintenance des Lichtstroms zu erzielen. Eine Schwärzung der Wand des Entladungsgefäßes wird weitgehend vermieden. Dies erfolgt durch eine Optimierung des Wolfram-Kreisprozesses, der nicht mehr, wie allgemein bekannt, ausschließlich über die Halogene der Füllung, die meist als Metallhalogenide vorliegen, gesteuert wird. Überraschend hat sich herausgestellt, daß die Zugabe der Metalle Hf und/oder Zr (

HZM") als Halogenide (

HZH") bei Einhaltung bestimmter Konzentrationsverhältnisse die Effektivität des Kreisprozesses entscheidend verbessert und somit lange Lebensdauern auch bei Hg-freien Füllungen ermöglicht.

[0007] Da Entladungsgefäß kann ein Quarzglaskolben sein. Bevorzugt ist ein keramisches Entladungsgefäß, das rohrförmig oder ausgebaucht sein kann.

[0008] Bedingung für einen besonders effizient ablaufenden Kreisprozeß ist eine spezifische Mindestkonzentration an kreisprozeßwirksamen Metallen (

HZM"), in erster Linie Hf und Zr. Sie liegen in Form ihrer Halogenide vor, abgekürzt als Halogenide des Hafniums und/oder Zirkons (

HZH"). Als Halogen X kommen Brom, Chlor und Jod in Frage. Dabei muß die spezifische Menge an HZH im Entladungsgefäß mindestens 3 µmol/cm³ betragen:

[0009] Es ist ein glücklicher Umstand, daß diese beiden Metalle gleichzeitig ausgeprägte Eigenschaften in bezug auf die Bildung eines Spannungsgradienten besitzen, so daß sie das Quecksilber in dieser Hinsicht teilweise ersetzen können. Es ist jedoch notwendig, daß mindestens ein weiteres Metallhalogenid der Füllung als Spannungsbildner hinzugefügt wird um eine möglichst gute Anpassung an den Spannungsgradienten von Quecksilber zu erreichen.

[0010] Dazu eignen sich leicht verdampfbare Metallhalogenide MYn, wobei Y ein Halogen ist, ausgewählt aus Brom, Chlor und Jod. Diese leicht verdampfbaren Metallhalogenide liegen im allgemeinen vollständig verdampft vor, weil sie einen Siedepunkt bzw. einen Sublimationspunkt von höchstens 1100 °C besitzen. Diese Temperatur wird vor allem im Betrieb keramischer Entladungsgefäße an der Gefäßwand erreicht. Außerdem eignen sich elementare Metalle hier als Zusätze, um den Kreisprozeß besonders effektiv zu gestalten und dadurch eine lange Lebensdauer von mehr als 6000 Stunden sicherzustellen. Geeignete elementare Metalle N sind solche, die zusammen mit freien Halogenen bei typischen Wandtemperaturen um 1000 bis 1100 °C leicht verdampfbare Metallhalogenide bzw. Metallhalogenidkomplexe bilden können. Folgende Metalle eignen sich dafür elementar bzw. als Metallhalogenid: Al, Bi, In, Mg, Sc, Sn, Tl, Zn, Sb, Ga.

[0011] Die Summe der in den Hf/Zr-Halogeniden gebundenen Halogenmenge X und der in den zugesetzten leicht verdampfbaren Metallhalogeniden MY_n gebundenen Halogenmenge Y (jeweils in µmol) muß, bezogen auf den im Hf/Zr-Anteil gebundenen Metallanteil (HZM), einen bestimmten Wertebereich einhalten, um einen effektiven Kreisprozeß sicherzustellen:

[0012] Bevorzugt ist ein Wert zwischen 8 und 13. Ohne Zumischung von zusätzlichen Metallhalogeniden zu den Metallen HZM (also bei Verwendung elementarer Metalle wie im Stand der Technik) wäre der Wert dieses Verhältnisses gleich 4.

[0013] Insbesondere läßt sich eine längere Lebensdauer bei sorgfältiger Bemessung des gesamten molaren Metallanteils

G" aller Spannungsgradientenbildner (incl. Hf und Zr, also HZM) in der Füllung im Verhältnis zum molaren Anteil der Metalle Hf und Zr (

HZM") allein realisieren. Die Metalle G (also die Summe aus M, N und HZM) liegen in der Füllung vor als nahezu vollständig verdampfte Metallhalogenide und elementare Metalle bzw. Metalle, die mit freien Halogenen Metallhalogenide und Metallhalogenidkomplexe bilden können, die bei Temperaturen an der Gefäßwand von typisch 1050 °C nahezu vollständig verdampft sind. Das Verhältnis G/HZM soll höchstens 12 betragen, also:

[0014] Die natürliche Untergrenze ist entsprechend der Definition

.

[0015] Diese Obergrenze im Verhältnis zwischen allen als Spannungsgradientenbildner zugesetzten Metallen G und den außerdem auf den Kreisprozeß wirkenden Metallen Hf und Zr (HZM) ergibt sich deswegen, weil beim Überschreiten dieser Obergrenze im Vergleich zu den im Kreisprozeß wirksamen Metallen HZM eine zu hohe Konzentrationen an konkurrierenden Metallen (M und N) in der Umgebung der Elektroden auftreten. Dies beeinträchtigt den Wolfram-Transportprozeß und führt schließlich zu einer deutlichen Verschlechterung der Maintenance.

[0016] Ein weiteres den Kreisprozeß förderndes Metall ist Titan. Es ist daher als Zugabe zu Hf oder Zr geeignet, jedoch sollte es nur bis 50 mol.-% des gesamten Anteils HZM ausmachen.

[0017] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Überschuß des gesamten molaren Halogenanteils X + Y (normalerweise gebunden in den leicht verdampfbaren Halogenidverbindungen) vorhanden. Der Wert von X + Y liegt beim mindestens 1,4-fachen des in den leicht verdampfbaren Verbindungen MY_n sowie Metallen N zusammen gebundenen molaren gesamten Metallanteils G, also:

[0018] Die Einstellung dieses Verhältnisses wird insbesondere durch die hohe Wertigkeit der HZH (ihre Wertigkeit ist normalerweise vier) begünstigt.

[0019] Bei Einhaltung aller o.g. Bedingungen wird ein optimaler Kreisprozeß erzielt, der zu Lebensdauern über 6000 Std. führt.

[0020] Als Betriebsart kommt vor allem eine Rechteckstromeinprägung mit hoher Flankensteilheit (also einer Zeitdauer der Spannungsänderung während eines Polaritätswechsels zwischen zwei Rechteckpulsen unterschiedlicher Polarität), bevorzugt kleiner als 30 µs, in Frage. Günstig ist ein Betrieb mit konstanter Leistung.

[0021] Bei Hg-freien Metallhalogenidlampen werden zur Einstellung des Spannungsgradienten im Entladungsbogen und zur Einstellung der thermischen Eigenschaften der Lampen Metallhalogenide mit hohem Dampfdruck herangezogen, die bei den sich einstellenden Wandtemperaturen im Entladungsgefäß entweder vollständig oder überwiegend in die Dampfphase übergehen. Typische Beispiele für Spannungsgradientenbildner in langlebigen Systeme, die sich als Zusatz zu Hf und Zr eignen, sind Halogenide des In, Zn, Al, Mg. Außerdem kommen noch Beimengungen der Metallhalogenide von Bi, Sc, Sn, Tl, Sb und Ga in Frage. Diese werden als G (Gesamtmetalle der Spannungsgradientenbildner) zusammengefaßt.

[0022] Allerdings sind die Spannungsgradientenbildner, vor allem die HZM, für die Lichtbildung weniger gut geeignet. Aus diesem Grund ist es notwendig, als Lichtbildner mindestens ein weiteres Metallhalogenid der Füllung zuzusetzen, also eine Verbindung, die mindestens eine intensive Linie im sichtbaren Spektralbereich zwischen 380 und 780 nm aufweist. Typische Beispiele für diese Lichtbildner sind Halogenide der Alkalimetalle (Na) und der Lanthanide. Sie besitzen einen deutlich höheren Siedepunkt als die Spannungsgradientenbildner und dementsprechend einen viel kleineren Dampfdruck.

[0023] Mit der erfindungsgemäßen Füllung läßt sich eine Maintenance von mehr als 80 % des Lichtstroms nach einer Betriebsdauer von 5000 h erzielen, bezogen auf den 100 h-Wert. Die Anfangseffizienz nach 100 h liegt bei mindestens 70 lm/W. Typisch ist eine warmweiße Lichtfarbe mit T_n = 3500 K mit einem Farbort nahe dem Planck'schem Kurvenzug. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Innenbeleuchtung mit Farbtemperaturen zwischen etwa 2800 und 4200 K, wobei hauptsächlich kleine Wattagen zwischen 35 W und 150 W angestrebt werden. Gerade bei niedrigen Farbtemperaturen ist eine gute Farbwiedergabe (besser als 80) besonders schwer zu realisieren. Das konkrete Verhalten im einzelnen hängt von der Wahl der zugemischten Spannungsbildner und der Mischung der als Lichtbildner eingefüllten Bestandteile ab.

[0024] Dieses Maintenance-Verhalten läßt sich durch einen deutlich verbesserten W-Kreisprozeß unter direkter Beteiligung von Hf und Zr in der Gasphase erklären. Die Untersuchung von Entladungsgefäßen, die die erfindungsgemäße Bedingung hinsichtlich des Anteils von HZH erfüllen, zeigt keinerlei Ablagerungen von Wolfram als Festkörper im Entladungsgefäß, in Übereinstimmung mit einer vernachlässigbaren Schwärzung des Entladungsgefäßes über die Lebensdauer der Lampe.

[0025] Die erfindungsgemäßen Füllungszusammensetzungen lassen sich, unter Berücksichtigung der Reaktivität der übrigen Füllungsbestandteile mit den verwendeten Wandmaterialien, sowohl in Quarzglasgefäßen als auch in Keramikgefäßen verwenden. Transluzentes polykristallines Aluminiumoxid oder ähnliche transluzente polykristalline Keramikmaterialien (wie AlON, AlN usw.) oder auch monokristalliner Saphir sind aber wegen ihrer höheren thermischen Belastbarkeit dem Quarzglas als Wandmaterial vorzuziehen. Diese Materialien zeigen eine deutlich geringere Reaktivität unter höheren Betriebstemperaturen gegenüber den Füllungsbestandteilen.

[0026] Die Erfindung kann sowohl für Anwendungen in der Allgemeinbeleuchtung als auch für die Bereiche Automobilbeleuchtung und Photo-Optik angewendet werden. Bei diesen Anwendungen sind hocheffiziente Hg-freie Lampen mit gleichbleibender Maintenance des Lichtstroms und Konstanz der übrigen Lichtdaten über die Lebensdauer von hoher Wichtigkeit. Dabei erstreckt sich der Anwendungsbereich auf Leistungen von etwa 20 W bis mehr als 250 W.

[0027] Die erfindungsgemäßen Lampensysteme werden vorteilhaft in einem Beleuchtungssystem an Rechteck- oder HF-Vorschaltgeräten betrieben.

[0028] Im einzelnen soll die Füllung neben einem Edelgas, das als Puffergas wirkt (Ar, Kr, Xe mit typisch 0,1 bis 1 bar, u.U. bis 10 bar Kaltfülldruck), zumindest Hf- und/oder Zr-Halogenide enthalten, beispielsweise HfX₄ (X =J, Br, Cl), weil diese Stoffe die Grundlage für einen funktionierenden W-Kreisprozeß bei Hg-freier Füllung darstellen.

[0029] Daneben beinhaltet die Füllung mindestens einen zusätzlichen Spannungsbildner, der zur weiteren Anhebung des Spannungsgradienten und zum Schutz vor vorzeitigem Rückschmelzen der Elektroden dienen. Denn die Elektroden werden durch die Gegenwart von Hf oder Zr aufgrund deren hohen Löslichkeit in Wolfram stark belastet. Dafür eignen sich Metallhalogenide, die einen hohen Betriebsdampfdruck bei einer typischen Wandtemperatur (ca. 900 bis 1100 °C) erzeugen. Ein typischer Partialdruck der Spannungsbildner im Betrieb liegt bei mehr als 0,5 bar. Eine ähnlich wirkende Maßnahme ist die Erhöhung des Kaltfülldrucks des als Puffergas wirkenden Startgases (meist Xenon) auf mehr als 1 bar, nämlich bis zu 10 bar.

[0030] Die Füllung beinhaltet ferner weitere, schwer verdampfbare Metallhalogenide. Sie wirken als Lichtbildner und stabilisieren den Bogen. Geeignet sind Halogenide der Seltenerdmetalle (Lanthanide) und/oder der Alkalimetalle, insbesondere des Na, Pr, Nd, La, Dy, Ho, Tm.

[0031] Die absolute Füllmenge des Hf/Zr-Halogenidgemisches muß einen unteren Grenzwert überschreiten, damit ein außergewöhnlich stabiler chemischer Kreisprozeß in der Lampe ablaufen kann:

[0032] Bei einer Unterschreitung dieses Grenzwerts tritt eine merkliche Verschlechterung des Maintenance-Verhaltens auf und der W-Kreisprozeß ist nicht effektiv genug. Bevorzugt ist ein Wert zwischen 4 und 6 µmol/cm³. Bei einem Überschreiten des Wertes 6 µmol/cm³ kann u.U. wegen des hohen Anteils an HZH und der hohen Löslichkeit der HZM in Wolfram die Elektrode an der hochbelasteten Spitze schmelzen.

[0033] Zu den HZM wird mindestens ein weiteres Metallhalogenid zugegeben. Dies geschieht in Form eines Lichtbildners, also mindestens eines weiteren leicht verdampfender Metallhalogenids MY_n (mit Y=J, Br, Cl; und n = 1 bis 5). Zusätzlich können weitere elementare Metalle N (z.B. ist M, N = Zn, Mg, Sn, In, Tl, Al, Sb) hinzugefügt werden, die mit freien Halogenen bei den sich typisch im Betrieb einstellenden Wandtemperaturen (beispielsweise 1000 °C) Metallhalogenide mit hohem Dampfdruck ausbilden können. Somit stellt die Kombination der vorgenannten Stoffe zusammen mit den Hf/Zr-Halogeniden HZH den größten Anteil des gesamten Dampfdrucks in der Lampe bereit, abgesehen vom eingefüllten Puffergas. Die Füllmenge des zu HZM zugegebenen Metallanteiles (incl. HZM) im Verhältnis zu den nur in den Hf/Zr-Halogeniden gebundenen Metallanteilen HZM, soll bevorzugt einen kritischen Wert von 12 nicht überschreiten. Mit

gilt also für dieses Verhältnis B:

[0034] Bevorzugt liegt das Verhältnis B zwischen 3,3 und 7,5. Ohne Zumischung zusätzlicher Metallhalogenide zu den Halogeniden der HZM hätte B den Wert 1.

[0035] Bei Überschreiten der Obergrenze B = 12 wird die Effektivität des W-Hf-Zr-Kreisprozeßes durch die Konkurrenz der anderen Metallsorten merklich behindert. Die Lebensdauer sinkt und die Maintenance der Lampe während einer Betriebsdauer von 5000 h verschlechtert sich.

[0036] Das Verhältnis D der Summen der in HZH gebundenen Halogenmenge X (überwiegend HfX₄ und/oder ZrX₄) und der im zugesetzten leicht verdampfbaren Metallhalogenidanteil gebundenen Halogenmenge Y einerseits, also (X+Y), zu der Summe aller Metallanteile (

) der als Spannungsbildner agierenden Stoffe Hf/Zr-X₄ und MY_n und N (jeweils in µmol) soll bevorzugt einen Mindestwert erreichen:

[0037] Bevorzugt liegt dieses Verhältnis über 1,46. Ohne Zumischung von zusätzlichen Metallen und Metallhalogeniden zu den HZM wäre dieses Verhältnis gleich vier.

Figuren

[0038] Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1

eine Metallhalogenidlampe, teilweise im Schnitt;

Figur 2

eine Darstellung der Maintenance des Lichtstroms für eine bevorzugte Füllung;

Figur 3

ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Metallhalogenidlampe.

Beschreibung der Zeichnungen

[0039] In Figur 1 ist schematisch eine Metallhalogenidlampe mit einer Leistung von 70 W dargestellt. Sie besteht aus einem eine Lampenachse definierenden zylindrischen Außenkolben 1 aus Quarzglas, der zweiseitig gequetscht (2) und gesockelt (3) ist. Das axial angeordnete Entladungsgefäß 4 aus Al₂O₃-Keramik ist in der Mitte 5 ausgebaucht und besitzt zwei zylindrische Enden 6a und 6b. Es kann aber auch zylindrisch sein mit länglichen Kapillarrohren als Stopfen, wie beispielsweise aus EP-A 587 238 bekannt. Das Entladungsgefäß ist mittels zweier Stromzuführungen 7, die mit den Sockelteilen 3 über Folien 8 verbunden sind, im Außenkolben 1 gehaltert. Die Stromzuführungen 7, von denen eine ein Molybdän-Band zur Kompensation der großen Ausdehnungsunterschiede ist, sind mit Durchführungen 9, 10 verschweißt, die jeweils in einem Endstopfen 11 am Ende des Entladungsgefäßes eingepaßt sind.

[0040] Die Durchführungen 9, 10 sind beispielsweise Molybdän-Stifte. Beide Durchführungen 9, 10 stehen am Stopfen 11 beidseitig über und haltern entladungsseitig Elektroden 14, bestehend aus einem Elektrodenschaft 15 aus Wolfram und einer am entladungsseitigen Ende aufgeschobenen Wendel 16. Die Durchführung 9, 10 ist jeweils mit dem Elektrodenschaft 15 sowie mit der äußeren Stromzuführung 7 stumpf verschweißt.

[0041] Die Endstopfen 11 bestehen im wesentlichen aus einem an sich bekannten Cermet mit der keramischen Komponente Al₂O₃ und der metallischen Komponente Wolfram oder auch Molybdän.

[0042] Am zweiten Ende 6b ist außerdem im Stopfen 11 eine achsparallele Bohrung 12 vorgesehen, die zum Evakuieren und Füllen des Entladungsgefäßes in an sich bekannter Weise dient. Diese Bohrung 12 wird nach dem Füllen mittels eines Stiftes 13, im Fachjargon als Stopper bezeichnet, oder mittels Schmelzkeramik verschlossen.

[0043] Die Füllung des Entladungsgefäßes besteht aus einem inerten Zündgas/Puffergas, hier Argon mit 150 mbar Kaltfülldruck, und aus diversen Zusätzen an Metallhalogeniden. Wesentlich dabei ist ein Anteil von mindestens 3 µmol/cm³ HZH.

[0044] Die Füllung enthält insgesamt bis zu drei Spannungsgradientenbildner, eine geeignet gewählte Mischung als Lichtbildner sowie evtl. weitere Additive. Insbesondere hat sich TIJ als zusätzlicher Spannungsgradientenbildner bewährt, evtl. in Kombination mit weiteren Spannungsgradientenbildnern. TIJ liefert außerdem einen Beitrag im sichtbaren Spektralbereich.

[0045] Tabelle 1 zeigt einige Füllungen, wobei Spannungsgradientenbildner und Lichtbildner voneinander getrennt dargestellt sind. Dabei ergeben sich Lichtausbeuten zwischen 70 und 77 lm/W (100-Std.-Wert) bei gleichzeitig guter Farbwiedergabe zwischen Ra = 84 und 88. Als Halogene eignen sich insgesamt nicht nur Brom und Jod, sondern auch Chlor. Die Farbtemperaturen dieser Ssteme liegen zwischen 3300 und 4000 K.

[0046] Besonders geeignet als Lichtbildner ist eine Mischung, bestehend aus Natrium als erster Komponente und mindestens einem Seltenerdmetall als zweiter Komponente.

[0047] Bei allen Füllungen wurde ein Lampenvolumen von 0,3 cm³ verwendet. Der Elektrodenabstand ist 9 mm. Die spezifische Wandbelastung (definiert als elektrische Leistung/innere Oberfläche) variiert zwischen 15 und 50 W/cm². Im Mittel beträgt sie 30 W/cm². Die spezifische elektrische Leistungsdichte variiert zwischen 100 und 500 W/cm³. Im Mittel beträgt sie 235 W/cm³.

[0048] Die Lampen wurden jeweils an einem elektronisches Vorschaltgerät mit Rechteckstromeinprägung in einem geregelten Leistungsbetrieb von 70 W mit l_eff < 1,8 A betrieben.

[0049] Die Lebensdauer dieser Lampen liegt bei mehr als 5000 Stunden. Günstig für eine relativ lange Lebensdauer haben sich Füllungen mit Halogeniden des In oder Mg erwiesen.

[0050] Ein besonders gutes Maintenance-Verhalten hinsichtlich des Lichtstroms zeigen Füllungen, die Halogenide des Hf oder Zr unter sorgfältiger Beachtung einer optimalen Gesamtmenge an Halogenen und Metallen in der Füllung einsetzen.

[0051] Figur 2 zeigt ein Beispiel für die gute Maintenance des Lichtstroms (in lm) über die Betriebsdauer (in Std.). Die Füllung basiert auf HfBr₄ (0,7 mg), mit den zusätzlichen Spannungsbildnern InBr (0,7 mg), InBr₃ (0,3 mg), TIJ (0,7 mg) sowie den zusätzlichen Lichtbildnern NaJ (2,4 mg), TmJ₃ (1,5 mg), DyJ₃ (1,4 mg), und HoJ₃ (1,5 mg).

[0052] In einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 3) ist die Lampe eine Metallhalogenidlampe 18 mit 70 W Leistung, die einseitig gequetscht ist, wobei auch das Entladungsgefäß 19 ein einseitig gequetschter Quarzglaskolben ist. Ansonsten entsprechen gleiche Bezugsziffern analogen Bauteilen wie in Figur 1. Im Außenkolben 1 ist außerdem ein Getter 17 untergebracht.

[0053] Ein sehr gutes Anlaufverhalten wird mit einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) realisiert werden, das der Lampe eine ausreichend hohe Leistung einprägt ("constant-wattage-Betrieb"). Das EVG hat den wichtigen Vorteil, daß es das Auftreten von Wiederzündspitzen durch eine hohe Flankensteilheit vermeidet.

Ansprüche

1. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe mit einer Lichtausbeute von mindestens 70 Im/W und einem Farbwiedergabeindex von mindestens 80, wobei die Lampe ein Entladungsgefäß umfaßt, in das Elektroden vakuumdicht eingeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung folgende Komponenten umfaßt:

• ein Edelgas, das als Puffergas wirkt,

• mindestens eine Verbindung eines Halogens X mit zumindest einem der Metalle Hafnium und/oder Zirkon (im folgenden als Metalle HZM bezeichnet), wobei diese Halogenide HZMX_P im folgenden zusammenfassend als HZH bezeichnet werden, wobei HZH gleichzeitig Aufgaben der Spannungsgradientenbildung und der Förderung des Kreisprozesses wahrnimmt,

• ein Lichtbildner, bestehend zumindest aus einem weiteren Metallhalogenid,

• mindestens ein weiteres Metall M oder eine Verbindung eines Metalls M mit einem Halogen Y zu einem Metallhalogenid MY_n, das leicht verdampft und das als Spannungsgradientenbildner verwendet wird,

• wobei der spezifische Mol-Gehalt von HZH größer gleich 3 µmol/cm³ ist,

• wobei zusätzlich gilt:

, wodurch die Lebensdauer der Lampe mehr als 5000 Std. beträgt.

2. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Mol-Gehalt der HZH zwischen 4 und 6 µmol/cm³ beträgt.

3. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als HZM zusätzlich Titan in einer Menge bis zu 50 mol.-% der Gesamtmenge an HZM verwendet wird.

4. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiteres elementares Metall N als Spannungsgradientenbildner verwendet wird.

5. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Anteil der Metalle G (in µmol), wobei G aus HZM, M und evtl. N gebildet ist, und dem Anteil der HZM kleiner gleich 12 ist, und insbesondere das Verhältnis G/HZM zwischen 3,3 und 8 liegt.

6. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß gilt:

.

7. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gilt:

.

8. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß aus Keramik besteht.

9. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtbildner mindestens eines der folgenden Metalle oder eine Verbindung dieses Metalls, insbesondere ein Halogenid davon, verwendet wird: Na, Pr, Nd, La, Dy, Ho, Tm.

10. Quecksilberfreie Metallhalogenidlampe nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Spannungsgradientenbildner mindestens eines der folgenden Metalle oder ein Halogenid davon (außer Fluorid) verwendet wird: Al, Bi, In, Mg, Sc, Sn, Tl, Zn, Sb, Ga.

Zeichnung