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Dokumentenidentifikation DE69716981T2 10.04.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0793257
Titel Metallhalogenidlampe mit reduzierter Quarzentglasung
Anmelder Osram Sylvania Inc., Danvers, Mass., US
Erfinder Chao, Chung-Yao, Lincoln, US
Vertreter Pokorny, G., Rechtsanw., 81543 München
DE-Aktenzeichen 69716981
Vertragsstaaten BE, DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.02.1997
EP-Aktenzeichen 971025242
EP-Offenlegungsdatum 03.09.1997
EP date of grant 13.11.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.04.2003
IPC-Hauptklasse H01J 61/12
IPC-Nebenklasse H01J 61/82   

Beschreibung[de]
ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft Metallhalogenidlichtbogenröhren und insbesondere derartige Metallhalogenidlichtbogenröhren, deren Lebensdauer dadurch verlängert ist, daß sie für die Entglasung des Lichtbogenröhrenkörpers weniger anfällig sind.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Das Hinzufügen von Lithium zu einer Natrium- /Scandiumiodid-Mischung in einer Metallhalogenidlichtbogenentladungslampe ist aus US-A-5,225,738 zur Verbesserung des Farbwiedergabeindexes (CRI) der Lampe bekannt. Die Lichtbogenröhren derartiger Lampen werden jedoch meist aus Quarzglas hergestellt, einem thermodynamisch instabilen Material, das im Lauf der Zeit über einen als Entglasung bekannten Prozeß sich in kristallines Siliziumoxid verwandelt. Entglastes Siliziumoxid weist eine geringe Lichttransmission auf und zeigt außerdem zu Rißbildung, was bei einer Hochleistungsmetallhalogenidlichtbogenentladungslampe ganz klar ein unerwünschtes Merkmal ist.

Die Entglasungskinetik von Quarzglas hängt stark von der Temperatur und dem Vorliegen bestimmter Chemikalien wie etwa Alkaliionen und Feuchtigkeit ab. Alle Metallhalogenidlampen weisen mindestens ein Alkaliion (Na) auf, während, wie oben erwähnt, andere eine gegebene Menge an Lithium zum Verbessern des CRI enthalten. Es hat sich herausgestellt, daß Lithium als Additiv zu einer Natrium-/Scandium-Lichtbogenröhrenfüllung zu einer die Lebensdauer verkürzenden Entglasung von Quarzglas beiträgt.

Aus US-A-3,761,758 ist eine Metallhalogenidlampe bekannt, deren Füllung Cäsiumiodid in einer Menge von 5,3 Mol-% der Menge an Natriumiodid neben Quecksilber enthält.

Aus US-A-5,225,733 ist eine Metallhalogenidlampe mit einer Füllung bekannt, die neben Quecksilber Alkalimetalliodide, Scandiumiodid und Platinmetall enthält. Die Alkalimetalliodide sind bevorzugt Natrium-, Cäsium- und/oder Lithiumiodid.

Aus US-A-5,057,743 ist eine Metallhalogenidlampe mit einer Füllung bekannt, die neben Quecksilber Natriumiodid, Scandiumiodid, Lithiumiodid und Scandiummetall enthält. Das Gewichtsverhältnis von Natriumiodid: Scandiumiodid : Lithiumiodid beträgt etwa 68 : 8 : 24.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Lebenserwartung von Metallhalogenidlichtbogenentladungslampen zu vergrößern.

Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, das zu der Entglasung von Quarzglaslichtbogenröhren führende Zeitintervall zu verlängern.

Diese Aufgaben werden erzielt durch eine Lichtbogenröhre für eine Metallhalogenidentladungslampe, mit einem hermetisch zugeschmolzenen Körper, der aus einem glasartigen Material aus zu Entglasung neigendem Quarzglas ausgebildet ist, und mit mindestens zwei in dem Körper eingeschmolzenen, gegenüber angeordneten Elektroden. Ein einen: Lichtbogen erzeugendes und aufrechterhaltendes Medium in dem Körper produziert sichtbares Licht, wenn ein elektrischer Strom an die Elektroden angelegt wird. Das Medium besteht aus Quecksilber und Metalliodiden. Die Lichtbogenröhre weist einen gegebenen Farbwiedergabeindex auf. Mindestens ein Teil des Medium umfaßt eine Farbkorrekturkomponente aus Lithiumiodid, die zu dem gegebenen Farbwiedergabeindex beiträgt und die auch als Entglasungsmittel wirkt. Der Teil des Mediums aus den Metalliodiden umfaßt die drei Komponenten Natriumiodid, Scandiumiodid, Lithiumiodid. Die drei Komponenten Natriumiodid, Scandiumiodid und Lithiumiodid werden in einem Gewichtsverhältnis von 68 : 8 : 24 verwendet. Der Teil des Mediums aus den Metalliodiden besteht aus Natriumiodid, Scandiumiodid, Lithiumiodid und Cäsiumiodid, wobei Cäsium als eine Antientglasungskomponente wirkt und sich auf den gegebenen Farbwiedergabeindex nur minimal abträglich auswirkt und gleichzeitig die Lebensdauer der Lichtbogenröhre verlängert und wobei das Cäsiumiodid in der Menge von zusätzlich 5 bis 10 Gew.-% der Summe der drei Komponenten Natriumiodid, Scandiumiodid und Lithiumiodid vorliegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Lumenausgabe, wobei eine Kontrolle und zwei Ausführungsformen der Erfindung verglichen werden;

Fig. 2 ist eine ähnliche graphische Darstellung, die die Spannung zeigt;

Fig. 3 ist eine ähnliche graphische Darstellung, die die farbkorrigierte Temperatur (CCT = color corrected temperature) einer Kontrolle und der beiden Ausführungsformen der Erfindung vergleicht;

Fig. 4 ist eine ähnliche graphische Darstellung, die die jeweiligen Farbwiedergabeindizes (CRI) veranschaulicht; und

Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht einer Lichtbogenröhre von der Seite.

BESTE WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung zusammen mit anderen und weiteren Aufgaben, Vorteilen und Fähigkeiten davon wird auf die folgende Offenbarung und beigefügten Ansprüche in Verbindung mit den oben beschriebenen Zeichnungen Bezug genommen.

Nunmehr unter näherer Bezugnahme auf die Zeichnungen wird in Fig. 5 eine Lichtbogenröhre 10 für eine Hochdruckentladungslampe gezeigt. Die Lichtbogenröhre 10 weist einen glasartigen Quarzglaskolben 11 auf, der vakuumdicht zugeschmolzen ist und darin ein einen Lichtbogen erzeugendes und aufrechterhaltendes Medium enthält. Glasartiges Siliziumoxid ist ein im wesentlichen aus SiO&sub2; bestehendes Glas. Es wird dort verwendet, wo ein Betrieb bei hoher Temperatur und eine ausgezeichnete chemische Stabilität gefordert werden. Es ist sehr widerstandsfähig gegenüber extremen Wärmeschocks, weist eine hohe Durchlässigkeit für Ultraviolett-, sichtbare und Infrarotstrahlung und ausgezeichnete elektrische Eigenschaften auf. Wegen seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten kann es jedoch zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit nicht getempert werden. Je nach der Herstellungsart kann dieses Glas als Kieselglas, synthetisches Quarzglas oder Quarzglas bezeichnet werden. Hier können alle diese Ausdrücke austauschbar verwendet werden. Die Kathoden 12 sind mit Stromzuführungsleitern 13a verbunden, die üblicherweise aus Molybdänfolie ausgebildet sind und mit Hilfe von Leitern 13b, die aus Wolfram ausgebildet sein können, über den Kolben 11 hinausragen. Ein üblicherweise ebenfalls aus Wolfram ausgebildeter Kathodenkern 14 ragt in den Kolben hinein, und eine Spule 16 ist an ihm befestigt.

Die Lichtbogenröhre 10 weist eine Wanddicke von 1 mm und ein Volumen von 2 cm³ auf. Die chemische Füllung besteht im wesentlichen aus 13 bis 20 mg Natrium-, Scandium- und Lithiumiodid in einem Gewichtsverhältnis von 68 : 8 : 24. Quecksilber liegt in einer Menge von etwa 16 bis 18 mg vor. Durch diese Füllung erhält man eine Lampe, die in Betrieb eine Farbtemperatur im Bereich von 3000 K aufweist. Sie wird häufig als 3 K-Lampe bezeichnet (siehe das obenerwähnte US-A-Patent 5,057,743).

Wie oben erwähnt, neigen Alkaliionen verwendende Lampen zu Entglasung. Der Zusatz von Lithiumiodid, das eine notwendige Komponente ist, um in einer 3 K-Lampe einen gewünschten CRI zwischen 72 und 77 zu erzielen, trägt zu dieser Entglasung bei.

In den Fig. 1-4 wird eine Lampe des Stands der Technik, die eine Füllung aus 68 : 8 : 24 Natrium, Scandium. und Lithium enthält (im weiteren eine 3 K-Füllung), als Kontrolle verwendet und als Kurve A aufgetragen. Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind als Kurven B und C auf getragen. Bei der Lampe von Kurve B enthält die Füllung zusätzlich Cäsiumiodid in der Menge von 5 Gew.-% der 3 K-Füllung, und in der Lampe von Kurve C enthält die Füllung zusätzlich Cäsiumiodid in der Menge von 10 Gew.-% der 3 K-Füllung.

Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 1 ist zu sehen, daß die das Cäsiumiodid enthaltenden Lampen nach etwa 500 Stunden eine deutliche Abnahme des Entglasungsprozesses zeigen, wie man durch die größere Lumenausgabe der Cäsium enthaltenden Lampen relativ zu der Kontrolle sieht. Der Spannungsanstieg nach 1000 Stunden ist wie die CCT für die Cäsiumlampen so gut wie der gleiche (Fig. 3). Für die Lampe von Kurve B (die Lampe mit 5% Cäsium) sind die Daten für 1000 Stunden im wesentlichen identisch mit der Kontrolle, und die CRI- Daten für die Zugabe von sowohl 5% als auch 10% Cäsium (siehe Fig. 4) liegen durchaus innerhalb annehmbarer Grenzen, wenn man sie zusammen mit der Verlängerung der Lebensdauer der Lichtbogenröhre betrachtet.

Es wird hier somit eine Lichtbogenröhre bereitgestellt, die aufgrund der Verlangsamung des Entglasungsprozesses eine verlängerte Lebensdauer aufweist, wobei die verlängerte Lebensdauer ohne irgendwelche abträgliche Senkung des CRI eines etablierten Lampentyps bewerkstelligt wird.

Wenngleich die Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, die gegenwärtig als die bevorzugten angesehen werden, ist für den Fachmann ersichtlich, daß daran verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, abzuweichen.


Anspruch[de]

Lichtbogenröhre (10) für eine Metallhalogenidentladungslampe, mit einem hermetisch zugeschmolzenen Körper (11), der aus einem glasartigen Material aus zu Entglasung neigendem Quarzglas ausgebildet ist, und mit mindestens zwei in dem Körper eingeschmolzenen, gegenüber angeordneten Elektroden (12), wobei ein einen Lichtbogen erzeugendes und aufrechterhaltendes Medium in dem Körper sichtbares Licht erzeugt, wenn an die Elektroden (12) ein elektrischer Strom angelegt wird, wobei das Medium Quecksilber und Metalliodide umfaßt, wodurch die Lichtbogenröhre (10) einen gegebenen Farbwiedergabeindex aufweist, wobei mindestens ein Teil des Mediums eine Farbkorrekturkomponente aus Lithiumiodid umfaßt, die zu dem gegebenen Farbwiedergabeindex beiträgt und auch als Entglasungsmittel wirkt, wobei der Teil des Mediums aus den Metalliodiden die drei Komponenten Natriumiodid, Scandiumiodid, Lithiumiodid umfaßt und wobei die drei Komponenten Natriumiodid, Scandiumiodid und Lithiumiodid in einem Gewichtsverhältnis von 68 : 8 : 24 verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Mediums aus den Metalliodiden aus Natriumiodid, Scandiumiodid, Lithiumiodid und Cäsiumiodid besteht, wobei Cäsium als eine Antientglasungskomponente wirkt, die sich auf den gegebenen Farbwiedergabeindex nur minimal abträglich auswirkt und gleichzeitig die Lebensdauer der Lichtbogenröhre verlängert und wobei das Cäsiumiodid in der Menge von zusätzlich 5 bis 10 Gew.-% der Summe der drei Komponenten Natriumiodid, Scandiumiodid und Lithiumiodid vorliegt.







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