DE19506601A1 - Metallhalogenlampe mit einer einteiligen Anordnung einer Frontabdeckung und eines Reflektors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Entladungslampe mit einer ein­ seitigen Sockelung und einem einseitigen, hermetischen Abschluß, welche eine Frontabdeckung sowie einen Reflektor aufweist. Eine derartige Lampe wird für eine Licht-Faserbe­ leuchtung unter Verwendung von optischen Fasern, für eine Spot-Beleuchtung, wie Ladenbeleuchtung oder derglei­ chen, sowie für eine Lichtquelle zum Zweck einer Projektion verwendet, welche in einem Projektor eingebaut wird, wie OHP, Flüssigkristall-Projektor und dergleichen.

Herkömmlicherweise wird für eine Licht-Faserbeleuchtung un­ ter Verwendung von optischen Fasern, für eine Spot-Beleuch­ tung bei einer Ladenbeleuchtung oder dergleichen oder für eine Lichtquelle zum Zweck einer Projektion eines OHPs, ei­ nes Flüssigkristall-Projektors oder dergleichen eine Halogenlampe mit einer einseitigen Sockelung und einem einseitigen, hermetischen Abschluß zusammen mit einem Re­ flektor verwendet. Im Fall, daß eine Halogenlampe als Lichtquelle verwendet wird, hat man jedoch folgende Nach­ teile:

• 1) Die Beleuchtungsintensität, welche bezüglich einer Ein­ schaltleistung erhalten wird, ist gering. Um eine ausreichende Beleuchtungsintensität auf einer Projektionsfläche zu erhalten, ist es erforderlich, eine besonders starke Leistung für die Lampe vorzusehen.
• 2) In Licht, welches aus der Lampe ausgestrahlt wird, ist eine große Menge Infrarotstrahlung enthalten. Im Fall, daß die Lampe in Vorrichtungen verschiedener Art einge­ baut wird, ist es deshalb erforderlich, gleichzeitig ei­ nen Infrarot-Absorptionsfilter, einen Infrarot-Ref­ lexionsfilter und dergleichen zu benutzen, um die Tempe­ ratur auf einer bestrahlten Fläche oder innerhalb einer Vorrichtung abzusenken.
• 3) Um eine gute Farbwiedergabe zu erhalten muß man die Farbtemperatur der Lampe relativ hoch einstellen. In diesem Fall wird jedoch infolge eines Leuchtfaden-Durch­ brennens die Lebensdauer der Lampe verkürzt. Das Leucht­ faden-Durchbrennen tritt beispielsweise bei einer Ein­ stellung der Farbtemperatur der Lampe auf ca. 3200°K nach 35 bis 50 Stunden auf.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Sachverhalt wird statt einer Halogenlampe eine Lampe verwendet, bei welcher eine Metallhalogenlampe in einen Reflektor eingebaut ist. Eine derartige Metallhalogenlampe ist im Hinblick auf einen hohen Wirkungsgrad, eine gute Farbwiedergabe sowie eine hohe Leistung vorteilhafter als eine Halogenlampe. Sie weist jedoch zum Zweck einer Stabilisierung einer Außenum­ fang-Temperatur der Lampe während des Leuchtbetriebs oder zu ähnlichen Zwecken eine Doppelröhren-Anordnung auf, bei welcher eine Außenröhre angeordnet wird. In diesem Fall wird die Vorrichtung als Ganzes ziemlich groß, wenn die Me­ tallhalogenlampe vom Doppelröhrentyp in den Reflektor eingebaut wird.

Ferner kann man eine Metallhalogenlampe mit einer zwei­ seitigen Sockelung und mit beiderseitigen, hermetischen Abschlüssen in einen Reflektor einbauen, ohne eine Außenröhre anzuordnen. In diesem Fall weist jedoch die Lam­ pe als Ganzes eine größere Länge auf als bei einer einsei­ tigen Sockelung, und als Folge davon braucht man einen großen Reflektor, oder man hat den Nachteil, daß die Spitze der Lampe aus der vorderen Öffnung des Reflektors über­ steht, wenn ein kleinerer Reflektor verwendet wird.

Andererseits gibt es Fälle, in welchen in der vorderen Öffnung des Reflektors eine Frontabdeckung, wie transparen­ tes Glas oder dergleichen, angeordnet wird. Diese Frontab­ deckung kann eine Verschmutzung einer Lampenoberfläche oder einer Reflexionsfläche des Reflektors infolge einer Adhäsion von Verunreinigungen verhindern. Die Frontabdek­ kung kann ferner auch bei einem Einbau einer integrierten Reflektor/Lampenanordnung in eine Vorrichtung, wie Projek­ tor oder dergleichen, eine Abweichung der Position verhin­ dern, welche durch einen Kontakt mit anderen Bauteilen entsteht. Ferner kann durch die Frontabdeckung die Beschädigung auf ein Minimum unterdrückt werden, auch wenn die Lampe zerbricht, obwohl die Wahrscheinlichkeit des Zer­ brechens der Metallhalogenlampe während des Leuchtbe­ triebs im allgemeinen in einer Größenordnung von 1 zu 1 Million liegt, nachfolgend "PPM-Niveau" genannt, und in höchstem Maß gering ist. Es ist deshalb erwünscht, die ein­ teilige Anordnung einer Metallhalogenlampe und eines Re­ flektors, welcher in der Weise angeordnet ist, daß er die Metallhalogenlampe umhüllt, mit einer Frontabdeckung zu versehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Metallhalogenlampe mit einer einteiligen Anordnung einer Frontabdeckung und eines Reflektors anzugeben, bei welcher zur Ausnutzung der speziellen, gewünschten Charak­ teristik, eines hohen Wirkungsgrades, einer guten Farbwie­ dergabe sowie einer hohen Leistung, eine Metallhalogen­ lampe als Lichtquelle verwendet wird, bei welcher auch nach einem Einbau in einen Reflektor eine kleine, kompakte Form erhalten werden kann, in gleicher Weise, wie bei einem Ein­ bau einer Halogenlampe.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Metallhalogenlampe mit einer einteiligen Anordnung einer Frontabdeckung und eines Reflektors folgende Merkmale aufweist:

• (1) Wenn eine Dicke einer Leuchtröhre, aus welcher die Me­ tallhalogenlampe besteht, mit T (mm), ein Abstand zwischen Elektroden hiervon mit L (mm) und eine Leucht­ spannung der Lampe mit V (Volt) bezeichnet werden: 10 < V/(L X T) < 25
• (2) Wenn ein Außendurchmesser einer Vorderseite der Leuchtröhre, aus welcher die Metallhalogenlampe be­ steht, mit D₁ (mm), ein Außendurchmesser einer Sei­ te der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₂ (mm), eine Länge der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₃ (mm) und eine Leuchtleistung der Lampe mit W (Watt) bezeichnet werden: 0.07 < W/(D₁ × D₂ × D₃) < 0.20
• (3) Wenn ein Volumen eines Bereiches, welcher durch die Frontabdeckung und den Reflektor umschlossen wird, mit Q₁ (cm³), und ein Volumen einer Leuchtröhre, aus welcher die vorstehend beschriebene Metallhalogen­ lampe besteht, mit Q₂ (cm³) bezeichnet wer­ den: Q₁/Q₂ < 15
• (4) Wenn eine Dicke der Leuchtröhre, aus welcher die Me­ tallhalogenlampe besteht, mit T (mm), ein Abstand zwischen Elektroden hiervon mit L (mm), eine Leucht­ spannung der Lampe mit V (Volt), ein Außendurchmesser einer Vorderseite der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₁ (mm), ein Außendurchmesser einer Seite der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₂ (mm), eine Länge der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₃ (mm) und eine Leuchtleistung der Lampe mit W (Watt) bezeichnet werden: 10 < V/(L × T) < 250.07 < W/(D₁ × D₂ × D₃) < 0.20
• (5) T₂/T₁ liegt bei größer/gleich 1.6, wenn eine Dicke der Leuchtröhre, aus welcher die vorstehend be­ schriebene Lampe besteht, mit T₁ (mm) und eine Dic­ ke eines Glases einer Frontabdeckung mit T₂ (mm) be­ zeichnet werden, im Fall, daß ein Betriebsdruck der Lampe während des Leuchtbetriebs innerhalb von 3 × 10⁶ Pa, ein Innenvolumen der Lampe innerhalb von 1 cm³ und ein Abstand zwischen einer Lichtquelle und dem Frontabdeckungs-Glas innerhalb von 20 mm liegen.

Die Erfinder haben herausgefunden, daß bei einer Metallha­ logenlampe mit einer einseitigen Sockelung und mit einem einseitigen, hermetischen Abschluß, welche nachfolgend nur als "Lampe" bezeichnet und in der Weise angeordnet wird, daß sie durch eine Frontabdeckung und einen Reflektor umhüllt wird, durch erfindungsgemäße Beschränkung auf be­ stimmte physikalische und konstruktive Größen, nachfolgend Zahlenwerte genannt, aufgrund folgender Faktoren bei den herkömmlichen Beispielen nicht vorhandene, besondere Wir­ kungen erhalten und die vorstehend beschriebene Aufgabe gelöst werden können.

• (1) Erstens haben die Erfinder herausgefunden, daß durch Bestimmung einer Dicke einer Leuchtröhre, aus welcher die Lampe besteht, eines Abstandes zwischen Elektroden sowie einer Leuchtspannung der Lampe eine noch ge­ ringere Wahrscheinlichkeit eines Zerbrechens der Lampe als das herkömmliche PPM-Niveau erhalten werden kann.
• (2) Zweitens haben die Erfinder herausgefunden, daß durch Bestimmung einer Größe der Leuchtröhre, aus welcher die Lampe besteht, sowie einer Leuchtspannung der Lampe eine noch ausgezeichnetere Lampen-Charakteristik, insbesondere eine gute Farbwiedergabe, erzielt werden kann.
• (3) Drittens haben die Erfinder herausgefunden, daß auch durch Bestimmung eines Verhältnisses zwischen einem Vo­ lumen eines Bereiches, welcher durch eine Frontabdec­ kung und einen Reflektor umschlossen wird, und einem Volumen der Leuchtröhre, aus welcher die Lampe besteht, innerhalb eines optimalen Zahlenbereiches ein Leuchtbe­ trieb mit ausgezeichneten Lampen-Charakteristiken, ins­ besondere mit einer guten Farbtemperatur und einer gu­ ten Farbwiedergabe, durchgeführt werden kann.
• (4) Viertens haben die Erfinder herausgefunden, daß im Fall einer relativ kleinen Lampenform durch Bestimmung eines Verhältnisses zwischen einer Dicke der Leuchtröhre, aus welcher die Lampe besteht, und einer Dicke der Front­ abdeckung die Sicherheit ausreichend sichergestellt wer­ den kann, auch wenn die Lampe während des Leuchtbe­ triebs zerbricht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispiels der erfindungsgemäßen Metallhalogenlampe;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Lampe mit einer einteiligen Anordnung einer Frontabdeckung und eines Reflektors;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Versuchser­ gebnisses zur Erläuterung der im Anspruch 1 be­ schriebenen Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Versuchser­ gebnisses zur Erläuterung der im Anspruch 2 besch­ riebenen Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Versuchser­ gebnisses zur Erläuterung der im Anspruch 2 besch­ riebenen Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Versuchser­ gebnisses zur Erläuterung der im Anspruch 3 besch­ riebenen Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Versuchser­ gebnisses zur Erläuterung der im Anspruch 3 besch­ riebenen Erfindung; und

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Versuchser­ gebnisses zur Erläuterung der im Anspruch 5 besch­ riebenen Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Metallhalo­ genlampe, welche nachfolgend als "Lampe" bezeichnet wird.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Zustandes, in welchem eine derartige Lampe in einem Reflektor sowie einer Frontabdeckung eingebaut ist.

In der Darstellung bezeichnet ein Bezugszeichen 1 eine Me­ tallhalogenlampe mit einer Lampen-Eingangsleistung von beispielsweise 150 W, welche aus Quarzglas besteht und ei­ nen Emissionsteil 10 sowie einen durch Flachdrücken herme­ tisch eingeschlossenen Teil 11 aufweist. Die Lampe weist eine sogenannte einseitige Sockelung und einen sogenannten einseitigen, hermetischen Abschluß auf, bei welcher der hermetisch eingeschlossene Teil 11 nur an einem Ende der Leuchtröhre ausgebildet ist. In dem hermetisch eingeschlos­ senen Teil 11 wird eine aus Molybdän oder dergleichen be­ stehende Metallfolie 13 eingelegt, an welche ein Innenan­ schlußstift 14 in Richtung auf den Emissionsteil 10 ange­ schlossen ist. An einer Spitze des Innenanschlußstiftes 14 ist eine Elektrode 15 ausgebildet.

Der Emissionsteil 10 besteht aus einem ungefähr ovalen Ent­ ladungsraum mit einem Innenvolumen von beispielsweise 0.3 cc sowie einem Quarzglas, welches diesen Entladungsraum von einer Außenseite trennt. In diesem Emissionsteil 10 sind vorgegebene Metallhalogenide, beispielsweise Dysprosiumjo­ did, Neodymjodid und Cesiumjodid, eine vorgegebene Menge Quecksilber sowie ferner Argon als Anlaß-Edelgas für einen Leuchtbetrieb eingekapselt. Es werden beispielsweise ca. 0.6 mg Metallhalogenide bei einer Gesamtmenge, 14 mg Queck­ silber sowie 7000 Pa (bei einer Bezugstemperatur von 25°C) Argon eingekapselt.

Der Grund für die Verwendung der Metalle der seltenen Erden für die vorstehend beschriebenen Metallhalogenide liegt darin, daß sichtbare Strahlung vorteilhaft erhalten werden kann. Man kann außer den vorgenannten Beispielen ebenfalls Skandium, Holmium, Thulium, Erbium sowie Praseodym verwen­ den. Ferner können zusammen mit diesen Metallen der selte­ nen Erden Natrium, Aluminium, Thallium, Zinn, Indium, Li­ thium und dergleichen zugesetzt werden. In diesem Fall kann die Emissions-Charakteristik der Lampe korrigiert und ver­ bessert werden. Konkret tragen Indium zu einer Verbesserung einer Emissions-Charakteristik in Blau und Lithium zu einer Verbesserung einer Emissions-Charakteristik in Rot bei.

Ferner ist es selbstverständlich, daß als Anlaß-Gas auch Neon, Xenon, Krypton und dergleichen eingesetzt werden können.

Die Elektrode 15 wird an der Spitze des Innenanschlußstif­ tes 14 angeordnet, welcher beispielsweise aus reinem Wol­ fram mit einem Drahtdurchmesser von 0.5 mm bzw. reinem Rhe­ nium oder einer Rhenium-Wolfram-Legierung bzw. durch eine Beschichtung eines Wolframdrahtes mit reinem Rhenium oder einer Rhenium-Wolfram-Legierung ausgebildet wird.

Der Innenanschlußstift 14 wird an seiner Basis an die Me­ tallfolie 13 des hermetisch eingeschlossenen Teils 11 ange­ schlossen, und zugleich wird seine Spitze in der Weise durch Umbiegen ausgebildet, daß die Elektroden 15 ge­ genüberliegend angeordnet werden. Das heißt, die Elektrode 15 bezeichnet die Spitze des Innenanschlußstiftes 14 und in diesem Fall einen umgebogenen Teil. Der Begriff "Elektrode" sollte hierbei jedoch nicht auf diese Defini­ tion beschränkt verstanden werden, sondern man sollte unter diesem Begriff einen Teil verstehen, welcher durch Emittie­ ren von Elektronen zu einer Entladungsausbildung beitragen soll. Ein Biegungswinkel der Elektrode 15 kann rechtwinkelig sein, das heißt, bei 90° liegen. Er liegt jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel bei ca. 90° ± 30°. Durch ein derartiges Herumbiegen wird ein Abstand zwischen den Elek­ troden in diesem Teil maximal kurz, und man läßt nur in diesem Teil eine Entladung mit einer Zuverlässigkeit ent­ stehen.

Die Elektrode 15 kann auch mit Wolfram oder thoriertem Wol­ fram ca. drei bis viermal wendelartig umwickelt werden, was in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Durch Ausbildung einer derartigen Wendel werden eine gute Elektronenemission erhalten und zugleich ein Schwarzwerden der Leuchtröhre verhindert, weil das Material, aus welchem die Wendel be­ steht, einen hohen Schmelzpunkt aufweist und deshalb das Elektrodenmaterial vergleichsweise seltener spritzt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel liegen ein Abstand zwischen den Elektroden beispielsweise bei ca. 3.51 mm und ein Be­ triebsdruck innerhalb der Leuchtröhre während des Leuchtbe­ triebs bei ca. 2.6 × 10⁶ Pa. Ein Außendurchmesser D₁ des Emissionsteils 10, welcher aus einer zu einer Entladungsrichtung senkrechten Richtung her betrachtet wird, sowie ein Außendurchmesser D₂ des Emissionsteils 10, der in Entladungsrichtung betrachtet wird, liegen je­ weils bei 12 mm. Eine Länge D₃ des Emissionsteils 10 in eine Richtung, in welcher sich der Innenanschlußstift 14 erstreckt, liegt bei 9 mm. Der Emissionsteil 10 weist fer­ ner außer einem nasenartigen Teil 16 im wesentlichen glei­ che Dicken von beispielsweise 1.4 mm des Quarzglases auf. Ein Innenvolumen der Leuchtröhre liegt bei ca. 0.3 cc. Fer­ ner kann ein Glasrohrbereich des Emissionsteils 10 einer Mattierung unterzogen werden.

In Fig. 2 besteht eine Frontabdeckung 7 beispielsweise aus Borsilikatglas und weist eine Dicke von beispielsweise 3.2 mm auf. Sie besteht ferner aus Glas, welches zur Regelung der Lichtverteilungs-Charakteristik einer Mattierung unter­ zogen wurde, oder aus Glas, das in der Weise verarbeitet wurde, daß es eine Linsenfunktion hat. Sie wird durch Zusam­ menfügen mittels eines Aluminiumrings 6 mit einem Reflektor 8 verbunden.

Bei dem Reflektor 8 ist auf einem aus Glas bestehenden Sub­ strat ein durch Aufdampfung von Aluminium ausgebildeter Film oder ein aus Titandioxyd sowie Siliciumdioxyd bestehen­ der, vielschichtiger Interferenzfilm 5 innenseitig ausge­ bildet. Der Reflektor 8 weist beispielsweise die Form einer Rotationsparaboloid-Oberfläche zweiten Grades auf. Inner­ halb des Reflektors 8 ist eine Lampe 1 angeordnet. Dadurch wird unter Strahlungslicht aus der Lampe 1 Infrarotstrah­ lung (hauptsächlich mit Wellenlängen von größer/ gleich 780 nm) durchgelassen und zugleich kann sichtbare Strahlung (hauptsächlich in einem Wellenlängenbereich von 380 bis 780 nm) nach vorn reflektiert werden. Die Form des Reflektors 8 wird nicht auf die Fläche eines Rotationsparaboloides zweiten Grades beschränkt, sondern kann auch kugelförmig sein. In dem Reflektor 8 ist ein zylindrisches Teil 9 ein­ teilig ausgebildet, in welches die Lampe 1 eingesteckt und mittels eines Klebemittels befestigt wird, dessen Hauptbe­ standteil Al₂O₃·SiO₂ oder dergleichen ist, wie mittels eines anorganischen, hitzebeständigen Zementes oder dergleichen.

Eine derartige Metallhalogenlampe mit einer einteiligen Anordnung einer Frontabdeckung und eines Reflektors weist beispielsweise einen Öffnungsdurchmesser des Reflektors 8 von 50 mm auf. Ein durch die Frontabdeckung 7 und den Re­ flektor 8 umschlossener Bereich S (anhand von schraffierten Linien dargestellt) weist ohne die Lampe 1 ein Volumen von 16 cc auf. Ein Volumen der Lampe 1 innerhalb eines derar­ tigen Bereiches S liegt bei ca. 1.4 cc.

Nachfolgend wird die Erfindung gemäß Anspruch 1 beschrie­ ben. Hierbei wird durch Bestimmung des Verhältnisses von Zahlenwerten die Wahrscheinlichkeit des Zerbrechens der Lampe noch verringert, wobei eine Dicke der Leuchtröhre, aus welcher die Lampe 1 besteht, mit T (mm), ein Abstand zwischen den Elektroden hiervon mit L (mm) und eine Leucht­ spannung der Lampe mit V (Volt) bezeichnet und die zu­ gehörigen Zahlenwerte zugrundegelegt werden.

Für das Zerbrechen der Lampe gibt es im wesentlichen zwei denkbare Gründe. Ein Grund liegt in der Druckfestigkeit der Leuchtröhre als Gefäß gegen einen Betriebsdruck der Lampe. Der andere Grund liegt in der Dichtfestigkeit des herme­ tisch eingeschlossenen Teils.

Es wurde deshalb ein Versuch durchgeführt, bei welchem dur­ ch verschiedene Veränderungen eines Wertes von (V/(L × T)) der Zusammenhang zwischen diesem Wert und dem Zerbrech­ en der Lampe überprüft wurde, wobei eine Leuchtspannung der Lampe mit V (Volt), eine Dicke der Leuchtröhre mit T (mm) und ein Abstand zwischen den Elektroden hiervon mit L (mm) bezeichnet werden. Bei dem Versuch wurden Lampen herge­ stellt, bei welchen der Wert von (V/(L × T)) durch Veränderung der Dicke der Leuchtröhre T sowie des Abstandes zwischen den Elektroden L verändert wurde, und in welche jeweils vorgegebene Metalle sowie eine geeignete Menge Quecksilber zur Regelung einer Lampenspannung eingekapselt wurden. Die jeweilige Lampe wurde mit einer Eingangslei­ stung von 1.5 × 150 W mit einer Leuchtdauer von 100 Stunden betrieben, um herauszufinden, ob die Lampe zerbricht oder nicht, wobei die Nennleistung bei 150 W liegt.

Fig. 3 gibt das Ergebnis wieder. Daraus wird ersichtlich, daß sich die Wahrscheinlichkeit des Zerbrechens der Lampe erhöht, wenn der Wert von (V/(L × T)) bei größer/gleich 25 liegt. Der denkbare Grund dafür liegt darin, daß unter einer derartigen Bedingung die Dicke der Leuchtröhre rela­ tiv klein ist, daß deshalb die Druckfestigkeit der Leuchtröhre als Gefäß gegen einen Betriebsdruck der Lampe geringer wird und daß als Folge davon die Lampe zerbricht.

Andererseits erhöht sich die Wahrscheinlichkeit des Zerbre­ chens der Lampe ebenfalls dann, wenn der Wert von (V/(L × T)) bei kleiner/gleich 10 liegt. Der Grund dafür liegt darin, daß die Dicke der Leuchtröhre außerordentlich groß ist. Eine Quarzröhre in dem hermetisch eingeschlossenen Teil wird bei ihrer Herstellung von außen her mittels eines Flammenbrenners erhitzt. Hierbei wird ihre Innenoberfläche infolge der großen Dicke nicht so leicht erhitzt wie ihre Außenoberfläche. Die Quarzröhre wird deshalb in einem Zu­ stand, in welchem auf der Innenoberfläche die Viskosität des Quarzes ausreichend gering ist, durch Preßschweißung an die Metallfolie hermetisch eingeschlossen. Es wird deshalb vermutet, daß als Folge davon die Dichtfestigkeit ab­ nimmt.

Nachfolgend wird die Erfindung gemäß Anspruch 2 beschrie­ ben. Hierbei kann durch Bestimmung eines geeigneten Zahlen­ bereiches eine noch ausgezeichnetere Lampen-Charakteristik, insbesondere eine gute Farbwiedergabe, erzielt werden, wo­ bei ein Außendurchmesser der Leuchtröhre 10, welche aus ei­ ner zur einer Entladungsrichtung der Leuchtröhre senkrech­ ten Richtung her betrachtet wird, aus welcher die Lampe 1 besteht, mit D₁, ein Außendurchmesser der in die Entla­ dungsrichtung betrachteten Leuchtröhre 10 mit D₂, eine Länge der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre 10 in Rich­ tung, in der sie sich erstreckt, mit D₃ (mm) sowie eine Leuchtleistung der Lampe mit W (Watt) bezeichnet werden.

Der Grund dafür liegt darin, daß im allgemeinen bei einer zu hohen Belastung einer Röhrenwand der Lampe auf der In­ nenoberfläche der Leuchtröhre eine Reaktion des die Leuchtröhre ausbildenden Quarzes mit den innerhalb der Leuchtröhre eingekapselten Metallen der seltenen Erden rasch durchgeführt wird, daß das Quarz milchig eingetrübt wird und daß als Ergebnis davon die Lichtmenge des Strah­ lungslichtes aus der Lampe vermindert wird.

Unter dem Begriff "Belastung der Röhrenwand der Lampe" sollte im allgemeinen ein Wert verstanden werden, bei wel­ chem die Leuchtleistung der Lampe durch die In­ nenflächengröße der Lampe dividiert wird. Da es jedoch schwierig ist, die Innenflächengröße der Lampe zu ermit­ teln, wird als Ersatzwert der Innenflächengröße ein Wert von (D₁ × D₂ × D₃) verwendet. Ein Wert von W/ (D₁ × D₂ × D₃) bezeichnet deshalb eine prak­ tische Belastung der Röhrenwand der Lampe, und man kann durch Bestimmung des Zahlenbereiches hiervon die vorstehend beschriebene Aufgabe lösen.

Fig. 4 zeigt einen Lichtfluß-Aufrechterhaltungsgrad auf ei­ ner bestrahlten Fläche bei einem Leuchtbetrieb der Lampe von 100 Stunden, bei welchem der Wert von W/(D₁ × D₂ × D₃) auf 0.03 bis 0.25 verändert wurde. Das heißt, hierbei wird ein Vergleich zwischen einem Lichtfluß nach einem Leuchtbetrieb der Lampe von 1 Stunde und einem Lichtfluß nach einem Leuchtbetrieb der Lampe von 100 Stun­ den dargestellt.

Bei dem Versuch wurden Lampen hergestellt, bei welchen der Außendurchmesser D₁ der Leuchtröhre 10, welche aus der zu der Entladungsrichtung der Leuchtröhre senkrechten Richtung her betrachtet wird, und der Außendurchmesser D₂ der in die Entladungsrichtung betrachteten Leuchtröhre 10 festgelegt werden, und bei welchen durch Veränderung der Länge D₃ in Richtung, in welcher sich die Leuchtröhre 10 erstreckt, sowie der Leuchtleistung W der Lampe unterschiedliche Werte von W/(D₁× D₂ × D₃) erhalten wurden. Diese Lampe wurde mit einem Re­ flektor einteilig ausgebildet, und es wurde eine Bildfläche mit einer Entfernung nach vorne von 1 m angeordnet, auf welcher fünf Punkte zur Messung einer Beleuchtungsinten­ sität angeordnet wurden, so daß eine mittlere Beleuchtungsintensität hiervon gemessen wurde.

Aus dem Versuch wird ersichtlich, daß der Lichtfluß-Auf­ rechterhaltungsgrad auf kleiner/gleich 50% abnimmt, und daß die Quarzröhre als Leuchtröhre in hohem Maß milchig eingetrübt ist, im Fall, daß der Wert von W / (D₁ × D₂ × D₃) bei größer/gleich 0.2 liegt.

Andererseits im Fall, daß der Wert von W/(D₁ × D₂ × D₃) bei kleiner/gleich 0.03 liegt, wird die Belastung der Röhrenwand der Lampe zu klein, und die Lampe wird in­ folge einer beträchtlichen Abnahme des Lichtflusses auf der bestrahlten Fläche praktisch unbrauchbar.

Fig. 5 zeigt eine mittlere Bewertungsgröße einer Farbwie­ dergabe auf der bestrahlten Fläche, welche nachfolgend "Ra" genannt wird, wobei der Wert von W/(D₁ × D₂ × D₃) auf 0.03 bis 0.25 verändert wurde. Die mittlere Be­ wertungsgröße der Farbwiedergabe Ra wird im allgemeinen als gute Farbwiedergabe bezeichnet, wenn sie bei größer/gleich 85 liegt. Wenn sie bei kleiner/gleich 80 liegt, kann nicht angenommen werden, daß die Farbwiedergabe gut ist. Aus der Zeichnung wird ersichtlich, daß die mittlere Bewer­ tungsgröße der Farbwiedergabe Ra bei kleiner/ gleich 80 liegt, im Fall, daß der Wert von W/(D₁ × D₂ × D₃) bei kleiner/gleich 0.07 liegt. Daraus wird ersicht­ lich, daß es im Hinblick auf die Lichtfluß-Aufrechterhal­ tung infolge des milchigen Eintrübens der Leuchtröhre und das Erhalten einer guten Farbwiedergabe erwünscht ist, daß der Wert von W/(D₁ × D₂ × D₃) bei größer/ gleich 0.07 und kleiner/gleich 0.2 liegt.

Nachfolgend wird die Erfindung gemäß Anspruch 3 beschrieben. Es wurde herausgefunden, daß durch Bestimmung eines Verhältnisses zwischen einem Volumen Q₁ (cm³) eines durch die Frontabdeckung und den Reflektor umschlossenen Bereiches und einem Volumen Q₂ (cm³) der die Lampe bildenden Leuchtröhre innerhalb eines optimalen Zahlenbe­ reiches ein Leuchtbetrieb der Lampe mit einer guten Leucht- Charakteristik, insbesondere mit einer ausgezeichneten Farbtemperatur sowie einer ausgezeichneten Farbwiedergabe, durchgeführt werden kann.

Hierbei wurde durch verschiedene Veränderungen eines Wertes von Q₁/Q₂ ein Zustand der Farbtemperatur beobach­ tet, welche durch die Strahlung aus der Lampe erhalten wird. Bei dem Versuch wurde die erfindungsgemäße Lampe mit einer einteiligen Anordnung der Frontabdeckung und des Re­ flektors in der Weise angeordnet, daß die vorstehend be­ schriebene Lampe horizontal liegt, und die Lampe wurde ei­ nem Leuchtbetrieb unterzogen. Es wurde hierbei ein Ort mit einer Entfernung von 1 m von der Lampe als zu bestrahlende Fläche bezeichnet, auf welcher die Farbtemperatur gemessen wurde. Es wurde eine Lampe mit einer Nennleistung von 150 W benutzt. Zur Messung der Farbtemperatur wurde ein Kolorime­ ter verwendet. Bei dem Versuch wurde dieselbe Lampe je­ weils unter Verwendung von Reflektoren mit unterschiedli­ chen Größen betrieben, und bei dem jeweiligen Reflektor wurde eine Dauer gemessen, mit welcher die Farbtemperatur im wesentlichen stabilisiert wurde.

Aus dem Ergebnis des vorstehend beschriebenen Versuchs wird ein Verhältnis zwischen der Stabilisierungszeit der Farb­ temperatur und 3 dem Verhältnis Q₁/Q₂ zwischen dem Volumen Q₁ (cm³) des durch die Frontabdeckung und den Reflektor umschlossenen Bereiches und dem Volumen Q₂ (cm³) der die Lampe bildenden Leuchtröhre anhand einer graphischen Darstellung in Fig. 7 veranschaulicht.

Fig. 6 zeigt die Dauer bis zur Stabilisierung der Farbtem­ peratur sowie der Bewertungsgröße der Farbwiedergabe (Ra) nach einer Inbetriebnahme des Leuchtbetriebes der Lampe. Auch bei diesem Versuch wurde, wie vorstehend beschrieben ist, die erfindungsgemäße Lampe mit einer einteiligen An­ ordnung der Frontabdeckung und des Reflektors in der Weise angeordnet, daß die vorstehend beschriebene Lampe horizon­ tal liegt, und die Lampe wurde betrieben, wobei ein Ort mit einer Entfernung von 1 m von der Lampe als zu bestrah­ lende Fläche bezeichnet wurde, auf welcher die Farbtempera­ tur sowie die Bewertungsgröße der Farbwiedergabe gemessen wurden. Es wurde dieselbe Lampe wie in Fig. 7 verwendet. Die Messung der Farbtemperatur wurde ebenfalls in derselben Weise durchgeführt. Daraus wird ersichtlich, daß sowohl die Farbtemperatur als auch die Bewertungsgröße der Farbwieder­ gabe nach einer im wesentlichen gleichen Zeit nach einer Inbetriebnahme des Leuchtbetriebes der Lampe stabilisiert wurden, welche bei dem Versuch bei ca. 3 Minuten liegt.

Aus der Tabelle, welche das in Fig. 7 gezeigte Versuchser­ gebnis wiedergibt, wird ersichtlich, daß die Farbtemperatur innerhalb von 3 Minuten nach der Inbetriebnahme des Leucht­ betriebs der Lampe stabilisiert wird, und daß dabei im Hin­ blick auf einen praktischen Einsatz kein Problem besteht, wenn der Wert von Q₁/Q₂ bei kleiner als 15 liegt. Dieses Phänomen kann wie folgt erläutert werden:

Ein Fall, in welchem der Wert von Q₁/Q₂ klein ist, bedeutet, daß das Volumen Q₂ (cm³) der die Lampe bildenden Leuchtröhre größer ist als das verbleibende Volumen Q₁ (cm³) des durch die Frontabdeckung und den Reflektor umschlossenen Bereiches. Die Lampe kann in­ nerhalb einer Atmosphäre, welche innerhalb des Reflektors hermetisch eingeschlossen ist, rasch einen thermischen Gleichgewichtszustand erreichen. Ferner wird in einer der­ artigen hermetisch eingeschlossenen Atmosphäre ein Konvek­ tionsverlust von Wärme unterdrückt, und dadurch erhöht sich auch die Temperatur des kühlsten Teils der Lampe.

Im Fall, daß der Wert von Q₁/Q₂ groß ist, dauert es dagegen lange, bis der thermische Gleichgewichtszustand erreicht wird, und ferner wird der Konvektionsverlust ver­ mehrt, weil das Volumen innerhalb des Reflektors trotz der hermetischen Einschließung innerhalb des Reflektors bezüglich der Lampe relativ groß wird.

Die Farbwiedergabe wird, wie aus dem in Fig. 6 gezeigten Versuch ersichtlich wird, nach einer im wesentlichen glei­ chen Zeit stabilisiert wie die Farbtemperatur. Um einen Leuchtbetrieb der Lampe mit einer guten Farbwiedergabe zu erhalten muß deshalb der Wert von Q₁/Q₂ die Be­ dingung zur Entfaltung einer guten Charakteristik der Farb­ temperatur erfüllen, das heißt, bei kleiner als 15 liegen.

Nachfolgend wird die Erfindung gemäß Anspruch 4 beschrie­ ben. Hierbei können durch Kombinieren der Bedingung der Zahlenwertbeschränkung gemäß der im Anspruch 1 beschriebe­ nen Erfindung mit der Bedingung der Zahlenwertbeschränkung gemäß der im Anspruch 2 beschriebenen Erfindung ein Leucht­ betrieb mit einer guten Leucht-Charakteristik der Lampe, insbesondere mit einer guten Farbwiedergabe, erzielt und zugleich die Wahrscheinlichkeit des Zerbrechens der Lampe noch verringert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung gemäß Anspruch 5 beschrie­ ben. Es wurde herausgefunden, daß bei einer Lampe mit einer einteiligen Anordnung einer Frontabdeckung und eines Re­ flektors mit einer relativ kleinen Form, bei welcher ein Lampen-Betriebsdruck während des Leuchtbetriebs innerhalb von 3 × 10⁶ Pa, ein Lampen-Innenvolumen innerhalb von 1 cm³ und ein Abstand zwischen der Lampe und der Frontab­ deckung innerhalb von 20 mm liegen, durch Beschränkung ei­ nes Wertes eines Verhältnisses T₂/T₁ zwischen ei­ ner Dicke T₁ (mm) der diese Lampe bildenden Leuchtröhre und einer Dicke T₂ (mm) der Frontabdeckung auf einen op­ timalen Zahlenbereich die Sicherheit der Lampe ausreichend sichergestellt werden kann, auch wenn die Lampe während des Leuchtbetriebs zerbricht.

Das heißt, die Erfinder haben herausgefunden, daß Energie, durch welche die Lampe zerbricht, als Betriebsdruck inner­ halb der Leuchtröhre der Lampe gespeichert wird, und daß die Größe der Energie anhand eines Produktes zwischen dem Betriebsdruck und dem Innenvolumen der Leuchtröhre der Lam­ pe bezeichnet wird. Ferner haben die Erfinder herausgefun­ den, daß, wenn diese Bedingung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, durch Bestimmung des Verhältnisses zwi­ schen der Dicke der die Lampe ausbildenden Leuchtröhre und der Dicke der Frontabdeckung die Sicherheit der Lampe aus­ reichend sichergestellt werden kann, auch wenn die Lampe zerbricht.

Fig. 8 veranschaulicht einen Versuch, welcher beweist, daß durch Bestimmung des Verhältnisses zwischen der Dicke der die erfindungsgemäße Lampe ausbildenden Leuchtröhre und der Dicke der Frontabdeckung die Sicherheit der Lampe ausrei­ chend sichergestellt werden kann, auch wenn die Lampe zer­ bricht.

Hierbei wurde eine Lampe mit einer einteiligen Anordnung einer Frontabdeckung und eines Reflektors mit einem Be­ triebsdruck von 3 × 10⁶ Pa sowie einem Innenvolumen von 1 cm³ in der Weise in dem Reflektor eingebaut, daß ein Abstand zwischen der Lampe und der Frontabdeckung innerhalb von 20 mm liegt. Die Lampe wurde absichtlich mit einer über dem normalerweise zugelassenen Maximalwert lie­ genden Eingangsleistung betrieben, so daß ein Grad des Durchdringens von Bruchstücken durch die Frontabdeckung un­ tersucht wurde, welche durch das Zerbrechen der Leuchtröhre im Fall eines absichtlich herbeigeführten Zerbrechens ent­ stehen.

Der Versuch wurde in der Weise durchgeführt, daß der Wert des Verhältnisses T₂/T₁ zwischen der Dicke T₁ (mm) der die Lampe ausbildenden Leuchtröhre und der Dicke T₂ (mm) der Frontabdeckung verändert wurde, und daß un­ ter Verwendung von 10 Lampen bezüglich des jeweiligen Verhältnisses gemessen wurde, bei wieviel Lampen hiervon die bei dem Zerbrechen entstehenden Bruchstücke die Front­ abdeckung durchdringen. Aus Fig. 8 wird ersichtlich, daß im Fall, daß der Wert von T₂/T₁ bei kleiner als 1.6 liegt, die Durchdringung der Bruchstücke mit einer ziemlich großen Häufigkeit bestätigt wurde, während bei einem T₂/ T₁ von größer/gleich 1.6 zwar Rißbildungen in der Frontabdeckung aufgetreten sind, ein Durchdringen der Bruchstücke und ein Spritzen hiervon nach vorne jedoch nicht aufgetreten sind.

Dieses Ergebnis kann wie folgt erklärt werden:
Im Fall, daß T₂/T₁ bei kleiner als 1.6 liegt, ist die Festigkeit der Frontabdeckung bezüglich einer Stoßener­ gie der Bruchstücke der Leuchtröhre, welche bei dem Zerbre­ chen mit der Frontabdeckung zusammenstoßen, relativ klein, und als Folge davon durchdringen die Bruchstücke, während bei einem T₂/T₁ von größer/gleich 1.6 das Gegen­ teil auftritt. Ferner steht die Stoßenergie der Bruchstücke zu einer Masse der Bruchstücke in Proportion, und die Masse der Bruchstücke ist zu der Dicke proportional.

Andererseits steht die Festigkeit der Frontabdeckung zu der Dicke der Frontabdeckung in Proportion. Man kann deshalb durch Bestimmung des Verhältnisses (T₂/T₁) zwi­ schen diesen zwei Variablen die Sicherheit der Entladungs­ lampe gegen das Zerbrechen sicherstellen.

Erfindungsgemäß sind der Betriebsdruck der Lampe während des Leuchtbetriebs, das Lampen-Innenvolumen sowie der Ab­ stand zwischen der Lampe und der Frontabdeckung auf einen vorgegebenen Bereich beschränkt. Der Grund für einen zu einem gewissen Grad beschränkten kleinen Bereich liegt dar­ in, daß vorausgesetzt wird, daß die erfindungsgemäße Lampe anstelle einer herkömmlichen Halogenlampe verwendet wird.

Wie vorstehend beschrieben ist, weist die erfindungsgemäße Metallhalogenlampe mit einer einteiligen Anordnung einer Frontabdeckung und eines Reflektors folgende Wirkungen auf:

• (1) Dadurch, daß 10 < V/(L × T) < 25 ist, wenn eine Dicke einer die Metallhalogenlampe ausbildenden Leuchtröhre mit T (mm), ein Abstand zwischen Elektroden hiervon mit L (mm) sowie eine Leuchtspannung der Lampe mit V (Volt) bezeichnet werden, kann eine noch geringe­ re Wahrscheinlichkeit eines Zerbrechens der Lampe als das herkömmliche PPM-Niveau erhalten werden.
• (2) Dadurch, daß 0.07 < W/(D₁ × D₂ × D₃) < 0.20 0.20 ist, wenn ein Außendurchmesser einer Vorderseite der die Metallhalogenlampe bildenden Leuchtröhre mit D₁ (mm), ein Außendurchmesser einer Seite der vor­ stehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₂ (mm), eine Länge der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₃ (mm) und eine Leuchtleistung der Lampe mit W (Watt) bezeichnet werden, kann eine noch bessere Lam­ pen-Charakteristik, insbesondere eine gute Farbwiedergabe, erreicht werden.
• (3) Dadurch, daß Q₁/Q₂ < 15 ist, wenn ein Volumen eines durch die Frontabdeckung und den Reflektor um­ schlossenen Bereiches mit Q₁ (cm³) und ein Vo­ lumen der die vorstehend beschriebene Metallhalogen­ lampe bildenden Leuchtröhre mit Q₂ (cm³) be­ zeichnet werden, kann ein Leuchtbetrieb mit einer guten Lampen-Charakteristik, insbesondere mit einer guten Farbtemperatur sowie einer guten Farbwiedergabe, durchgeführt werden.
• (4) Im Fall, daß ein Lampen-Betriebsdruck während des Leuchtbetriebs innerhalb von 3 × 10⁶ Pa, ein Lam­ pen-Innenvolumen innerhalb von 1 cm³ und ein Ab­ stand zwischen einer Lichtquelle und einem Glas der Frontabdeckung innerhalb von 20 mm liegen, kann durch Bestimmung eines Wertes von T₂/T₁ auf größer/ gleich 1.6 die Sicherheit der Lampe auch im Fall eines Zerbrechens während des Leuchtbetriebs ausreichend si­ chergestellt werden, wenn eine Dicke der die vorstehend beschriebene Lampe ausbildenden Leuchtröhre mit T₁ (mm) und eine Dicke des Glases der Frontabdeckung mit T₂ (mm) bezeichnet werden.

Claims (5)

1. Metallhalogenlampe mit einer einteiligen Anordnung ei­ ner Frontabdeckung und eines Reflektors, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallhalogenlampe mit einer einseitigen Soc­ kelung und mit einem einseitigen, hermetischen Abschluß in der Weise angeordnet wird, daß sie durch eine Front­ abdeckung und einen Reflektor umhüllt wird, und daß die Bedingung 10 < V/(L × T) < 25 erfüllt ist, wenn eine Dicke einer die vorstehend beschriebene Metallhalogen­ lampe ausbildenden Leuchtröhre mit T (mm), ein Abstand zwischen Elektroden hiervon mit L (mm) und eine Leucht­ spannung der Lampe mit V (Volt) bezeichnet werden.

2. Metallhalogenlampe mit einer einteiligen Anordnung ei­ ner Frontabdeckung und eines Reflektors, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallhalogenlampe mit einer einseitigen Soc­ kelung und mit einem einseitigen, hermetischen Abschluß in der Weise angeordnet wird, daß sie durch eine Front­ abdeckung und einen Reflektor umhüllt wird, und daß die Bedingung 0.07 < W/(D₁ × D₂ × D₃) < 0.20 erfüllt ist, wenn ein Außendurchmesser einer Vorderseite der die vorstehend beschriebene Metallhalogenlampe ausbildenden Leuchtröhre mit D₁ (mm), ein Außen­ durchmesser einer Seite der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₂ (mm), eine Länge der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₃ (mm) und eine Leuchtleistung der Lampe mit W (Watt) bezeichnet werden.

3. Metallhalogenlampe mit einer einteiligen Anordnung ei­ ner Frontabdeckung und eines Reflektors, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallhalogenlampe mit einer einseitigen Soc­ kelung und mit einem einseitigen, hermetischen Abschluß in der Weise angeordnet wird, daß sie durch eine Front­ abdeckung und einen Reflektor umhüllt wird, und daß die Bedingung Q₁/Q₂ < 15 erfüllt ist, wenn ein Vo­ lumen eines durch die Frontabdeckung und den Reflektor umschlossenen Bereiches mit Q₁ (cm³) und ein Vo­ lumen der die vorstehend beschriebene Metallhalogen­ lampe bildenden Leuchtröhre mit Q₂ (cm³) be­ zeichnet werden.

4. Metallhalogenlampe mit einer einteiligen Anordnung ei­ ner Frontabdeckung und eines Reflektors, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallhalogenlampe mit einer einseitigen Soc­ kelung und mit einem einseitigen, hermetischen Ab­ schluß in der Weise angeordnet wird, daß sie durch eine Frontabdeckung und einen Reflektor umhüllt wird, und daß die Bedingungen 10 < V/(L × T) < 25 und 0.07 < W/ (D₁ × D₂ × D₃) < 0.20 erfüllt sind, wenn ei­ ne Dicke der die vorstehend beschriebene Metallhalogen­ lampe ausbildenden Leuchtröhre mit T (mm), ein Ab­ stand zwischen Elektroden hiervon mit L (mm), eine Leuchtspannung der Lampe mit V (Volt), ein Außendurch­ messer einer Vorderseite der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₁ (mm), ein Außendurchmesser einer Seite der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₂ (mm), eine Länge der vorstehend beschriebenen Leuchtröhre mit D₃ (mm) und eine Leuchtleistung der Lampe mit W (Watt) bezeichnet werden.

5. Entladungslampe mit einer einteiligen Anordnung ei­ ner Frontabdeckung und eines Reflektors, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallhalogenlampe mit einer einseitigen Socke­ lung und mit einem einseitigen, hermetischen Abschluß in der Weise angeordnet wird, daß sie durch eine Frontab­ deckung und einen Reflektor umhüllt wird, und daß im Fall, daß ein Lampen-Betriebsdruck während des Leuchtbe­ triebs innerhalb von 3 × 10⁶ Pa, ein Lampen-Innenvo­ lumen innerhalb von 1 cm³ und ein Abstand zwischen einer Lichtquelle und einem Frontabdeckungs-Glas inner­ halb von 20 mm liegen, ein Wert von T₂/T₁ auf größer/gleich 1.6 bestimmt wird, wenn eine Dicke der die vorstehend beschriebene Lampe ausbildenden Leuchtröhre mit T₁ (mm) und eine Dicke des Frontabdeckung-Glases mit T₂ (mm) bezeichnet werden.