DE69111799T2 - Kolbengeometrie für metallhalogenidentladungslampe mit geringer leistung. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung:
• Die vorliegende Erfindung betrifft Metall-Halogenid-Dampf- Entladungslampen und bezieht sich speziell auf Lampen mit einer Leistungsfähigkeit von mehr als 35 Lumen pro Watt, in einigen Fällen über 100 Lumen pro Watt, und zwar bei niedriger bis mittlerer Leistung, d.h. unterhalb von 30 Watt, in einigen Fällen bei 40 Watt. Die vorliegende Erfindung betrifft speziell die Geometrie von Quarzrohren, die es in Kombination mit der Elektrodenstruktur, dem Quecksilber, dem Metall-Halogenid und der Edelgasfüllung möglich macht, diese hohe Leistungsfähigkeit zu erreichen.
• Metall-Halogenid-Entladungslampen weisen typischerweise ein Quarzrohr, das einen Kolben oder Gehäuse bildet und das eine abgeschlossene Bogenkammer definiert, sowie ein Paar von Elektroden, bspw. eine Anode und eine Kathode, die in die Bogenkammer innerhalb des Gehäuses hineinragen, sowie eine geeignete Menge von Quecksilber und eine oder mehrere Metall- Halogenid-Salze, wie z.B. NaI oder ScI&sub3; auf, die ebenfalls im Gehäuse enthalten sind. Der Dampfdruck der Metall-Halogenid-Salze und des Quecksilbers beeinflussen sowohl die Farbtemperatur als auch die Leistungsfähigkeit. Diese wiederum werden von der Geometrie des Quarzgehäuses, der Einführungstiefe der Anode und der Kathode, der Größe der Bogenstrecke und dem Volumen der Bogenkammer in dem Gehäuse beeinflußt. Natürlich führen höhere Betriebstemperaturen zu höheren Metall-Halogenid-Dampfdrücken, sie können aber auch die Lebensdauer der Lampe reduzieren, indem die Entglasung des Quarzes beschleunigt wird und ein Verlust an Wolframmetall an den Elektroden auftritt.
• Andererseits können niedrigere Betriebstemperaturen, insbesondere in der Nähe der Kolbenwand, dazu führen, daß Salzdämpfe kondensieren und an den Wänden des Gehäuses auskristallisieren, was wiederum dazu führt, daß unerwünschte Flecken auf den Objekten, die von der Lampe beleuchtet werden, erscheinen.
• Viele Metall-Halogenid-Entladungslampen unterschiedlicher Art und Leistungsbereiche sind vorgeschlagen und für verschiedene Anwendungen konstruiert worden und sind den Fachleuten auf dem Gebiet der Lampentechnik bekannt. Lampen dieses Typs sind z.B. in den US-Patentschriften 4 161 672, 4 808 876, 3 324 332, 2 272 467, 2 545 884 und 3 379 868 beschrieben. Diese sind allgemein für Hochleistungsanwendungen bestimmt, d.h. es handelt sich um Anordnungen für die Beleuchtung großer Flächen oder um Projektionslampen. Es ist noch nicht möglich gewesen, eine kleine Lampe hoher Leistungsfähigkeit zur Verfügung zu stellen, die als medizinische Untersuchungslampe oder in einer anderen Anwendung mit einer Leistung von weniger als ungefähr 40 Watt eingesetzt werden könnte. Niemand hat bisher beim Lampenbau einen Ansatz unter Berücksichtigung der Prinzipien des Wärmemanagements gewählt, um eine Lampe herzustellen, die bei geringer Leistung und mit hoher Leistungsfähigkeit arbeitet, aber auch ausreichende Quecksilber- und Metall-Halogenid-Dampfdrücke in der Bogenkammer entwickelt, ohne eine Entglasung und Aufweichung des Gehäuses des Quarzrohres und ohne eine Beschädigung der Wolframelektroden zu verursachen.
Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung:
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Metall-Halogenid-Entladungslampe von niedriger Leistung und hoher Leistungsfähigkeit zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile der Lampen des Standes der Technik vermeidet.
• Eine weitere speziellere Aufgabe besteht darin, eine Metall- Halogenid-Entladungslampe zur Verfügung zu stellen, die eine brauchbar lange Lebensdauer aufweist, während sie Licht mit einer Leistungsfähigkeit erzeugt, die 35 Lumen pro Watt übersteigt.
• Es ist eine weitere, noch speziellere Aufgabe, eine Kolbengeometrie zur Verfügung zu stellen, die ein wirksames Management des Wärmeflusses von der Bogenkammer weg und aus den Schäften der Lampe heraus gestattet und so eine Hochleistungsbeleuchtung bei niedriger Leistungsaufnahme fördert.
• In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Metall-Halogenid-Entladungslampe gemäß Patentanspruch 1 zur Verfügung gestellt. Die Lampe weist ein Quarzrohrgehäuse von einer Bauart mit zwei Enden auf, wobei ein erster Hals an einem Ende und ein zweiter Hals an dem gegenüberliegenden Ende des Kolbens vorgesehen ist. Es sind geeignete Mengen von Quecksilber und Metall-Halogenid-Salz oder Salzen in dem Kolben enthalten. Die Kolbenwand definiert einen Hohlraum oder eine Bogenkammer, die die Metall-Halogenid- Salzdämpfe und den Quecksilberdampf während des Betriebes aufnimmt. Eine erste und zweite langgestreckte Elektrode aus einem hochtemperaturbeständigen Metall, d.h. Wolframdraht, erstrecken sich durch die jeweiligen Hälse in die Bogenkammer. Diese Elektroden fluchten miteinander axial, so daß ihre Spitzen zwischen sich eine Bogenstrecke von geeigneter Bogenlänge definieren.
• Die Dicke der Kolbenwand nimit schrittweise von einer kammermittigen Ebene, d.h. einer Ebene auf halbem Weg zwischen den zwei Hälsen zu dem jeweiligen Hals hin zu. An einer ersten und einer zweiten Viertelkammer-Ebene, d.h. Ebenen, die auf halbem Weg zwischen der kammermittigen Ebene und dem jeweiligen ersten und zweiten Hals gelegen sind, hat die Kolbenwand entsprechend eine jeweilige erste und eine zweite ringförmige Viertelkammer-Querschnittsfläche. Die Wand ist mit einer geeigneten Dicke entsprechend der Nennleistung oder der Nennwattzahl der Lampe ausgebildet, so daß die Lampe einen Viertelkammer- Lastfaktor innerhalb eines Zielbereiches aufweist. Dieser Lastfaktor ist gleich der Nennleistung der Lampe dividiert durch die Summe der ersten und zweiten Viertelkammer-Querschnittsfläche. Der Lastfaktor sollte in einem Bereich von 70 bis 350 Watt pro Quadratzentimeter liegen.
• In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Metall-Entladungslampe gemäß Patentanspruch 6 zur Verfügung gestellt. Die Quarzhälse, die die Bogenkammer mit den Quarzschäften verbinden, sind etwas eingeschnürt, um einen Hals-Lastfaktor innerhalb eines Zielbereichs zu erzeugen. Dies erzeugt ein optimales Management des Wärmeflusses, so daß eine hohe Leistungsfähigkeit erreicht werden kann. Hierbei haben der erste und der zweite Hals jeweils eine Querschnittsfläche XQ1, XQ2 dort, wo die jeweilige Elektrode in die Bogenkammer eintritt, und die Elektroden weisen ebenso jeweils eine Querschnittsfläche XE1, XE2 an dieser Stelle auf. Der Hals-Lastfaktor NL kann durch
• ausgedrückt werden, wobei P die Nennleistung und A ein Koeffizient der thermischen Leitfähigkeit (in der Größenordnung von ungefähr 90) ist, der der Tatsache Rechnung trägt, daß der Wolframdraht Wärme besser leitet als Glas oder Quarz. Der Hals- Lastfaktor sollte im Bereich von ungefähr 100 bis 400 Watt pro Quadratzentimeter liegen.
• Lampen dieser Bauart können je nach der beabsichtigten Anwendung bei niedriger Leistung (5 bis 14 Watt) oder bei mittlerer Leistung (14 bis 30 Watt) in jedem Fall mit einer hohen Leistungsfähigkeit arbeiten. Die Leistungsfähigkeit kann 100 Lumen pro Watt in manchen Fällen übersteigen.
• Die schmale Ausbildung des Zuführdraht-Abschnittes der Elektrode verhindert eine thermomechanische Belastung des Quarzes des Halses, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich erheblich von demjenigen von Wolfram unterscheidet.
• Vorzugsweise weist die Kammer an Stellen, in denen die Hälse mit dem Kolben in Verbindung stehen, sich aufweitende Bereiche auf, so daß dort ein langgestreckter Abschnitt mit sehr kleinem Volumen vorhanden ist, in dem jeder Zuführdraht beim Eintritt in die Kammer in keinem direkten Kontakt mit dem Quarz steht. Dieses Merkmal erleichtert das Kondensieren von Salzreservoiren an dem Hals hinter der einen oder der anderen Elektrode und erleichtert ebenso eine Regelung des Wärmeflusses von den heißen Elektroden weg in die Hälse der Lampe.
• Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich in noch größerem Umfang aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ausgewählter bevorzugter Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit der Zeichnung zu betrachten sind.
Kurzbeschreibung der Zeichnung:
• Fig. 1 ist ein Längsschnitt einer Quarz-Metall-Halogenid- Entladungslampe gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• Figuren 2 und 3 sind Querschnitte längs der Linien 2-2 und 3-3 von Fig. 1.
• Figuren 4 und 5 sind Längsschnitte anderer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels:
• Mit Bezug auf die Zeichnung und zunächst auf Fig. 1 umfaßt eine 22-Watt-Lampe 10 ein beidendig zugeschmolzenes Quarzrohr 12, das durch automatisierte Glasblastechniken hergestellt wird. Das Rohr weist in einem mittigen Abschnitt einen dünnwandigen Kolben 14 auf, der in sich einen Hohlraum oder eine Kammer 16 definiert. Im vorliegenden Fall ist die Kammer in etwa in Gestalt einer Zitrone oder einer Gauss'schen Form ausgebildet, die einen mittleren konvexen Abschnitt 18 und sich aufweitende Endabschnitte 20 aufweist, in denen der Kolben 14 jeweils mit dem ersten und dem zweiten Hals 22, 24 in Verbindung steht. Wie dargestellt, sind die beiden Hälse 22 und 24 jeweils eingeengt oder eingeschnürt, wodurch der Wärmefluß in einen ersten bzw. zweiten Schaft 26 und 28 hinaus begrenzt wird.
• Es ist eine erste und eine zweite Elektrode 30 und 32 vorgesehen, die jeweils von einem der Hälse 22, 24 getragen werden. Die Elektroden sind aus einem hochtemperaturbeständigen Metall, z.B. Wolfram gefertigt und weisen eine "strukturierte" Gestaltung auf, die mehr oder weniger keulenförmig ausgebildet ist.
• Die erste Elektrode 30, die als Anode dient, weist einen Zuführdrahtschaft 34 aus Wolfram auf, der im Hals 22 gelagert ist und sich etwas in die Kammer 16 hinein erstreckt, wo ein Stababschnitt 36 aus Wolfram mit ihm stumpf verschweißt ist. Der Zuführdraht hat ein verhältnismäßig kleines Maß, typischerweise 0,18 mm (0,007 Zoll), der Stababschnitt ist jedoch von etwas größerem Durchmesser, typischerweise 0,30 mm (0,012 Zoll). Der Stababschnitt 36 hat ein kegeliges Ende, das eine zentrische Spitze mit einem Kegelwinkel im Bereich zwischen 60 Grad und 120 Grad bildet.
• Der Zuführdraht 34 aus Wolfram erstreckt sich durch den Quarzschaft 26 hinaus zu einer Foliendichtung aus Molybdän, die eine Verbindung zu einem Zuführdraht aus Molybdän herstellt, der wiederum eine elektrische Verbindung zum positiven Anschluß eines geeigneten Vorlastgerätes (nicht dargestellt) herstellt.
• In ähnlicher Weise weist die Kathodenelektrode 32 einen Zuführdraht 44 aus Wolfram auf, der sich durch den Schaft 28 erstreckt und im Hals 24 gelagert ist. Der Draht 44 erstreckt sich etwas in die Kammer 16 hinein und ein Stababschnitt 46 ist mit ihm stumpf verschweißt. Der Kathoden-Stababschnitt 46 hat ein spitzes, kegeliges Ende mit einem Kegelwinkel in der Größenordnung zwischen 30 und 45 Grad. In diesem Fall hat der Draht 44 typischerweise einen Durchmesser von 0,18 mm (0,007 Zoll), wohingegen der Stababschnitt einen Durchmesser von bspw. 0,30 mm (0,012 Zoll) aufweisen kann. Der Zuführdraht 44 erstreckt sich zu einer Foliendichtung aus Molybdän, die eine Verbindung zu einem Zuführdraht herstellt.
• Die Stababschnitte 36, 46 der Anode und der Kathode sind ohne Kontakt mit den Hälsen 22, 24 und auch ohne Kontakt mit den Wänden des Kolbens 14 gehalten.
• Die Anode 30 und die Kathode 32 sind axial miteinander fluchtend angeordnet, und ihre Enden definieren zwischen sich eine Bogenstrecke im zentralen Teil der Kammer 16.
• Die Stababschnitte haben eine verhältnismäßig große Oberfläche, die in Kontakt mit dem Quecksilber und den Metall- Halogenid-Dämpfen in der Lampe steht, so daß die von den spitzen Enden abgeführte Wärme größtenteils in die Dämpfe in der Kammer übertragen wird.
• Obwohl in dieser Ansicht nicht dargestellt, enthält die Lampe 10 darüber hinaus eine geeignete Füllung einer kleinen Menge eines Edelgases, wie z.B. Argon, Quecksilber, und eines oder mehrerer Metall-Halogenid-Salze, wie z.B. Natriumiodid, Scandiumiodid oder Indiumiodid. Die jeweilige Auswahl der Metallsalze und ihrer jeweiligen Anteile hängen von den optischen Entladungseigenschaften der Metallionen bezüglich der gewünschten Wellenlängenverteilung der Lampe ab.
• Die Zuführdrähte für die Elektroden, die aus Wolfram bestehen, haben einen ungefähr 90 bis 96 mal so großen Wärmeleitungskoeffizienten wie das Quarzmaterial des Rohres 12. Es ist daher wünschenswert, die Zuführdrähte 34, 44 so klein wie möglich im Durchmesser zu halten. Die mit kleinerem Durchmesser ausgeführen Zuführdrahtabschnitte der Elektroden erfahren nur eine relativ geringfügige thermische Ausdehnung während der Aufheizung des Wolframdrahtes. Dies geschieht aus zwei Gründen: Der mit kleinerem Durchmesser ausgeführte Draht leitet nicht näherungsweise so viel Wärme zu dem jeweiligen Hals wie Elektroden, bei denen die Größe der Stababschnitte sich bis zu den Hälsen fortsetzen würde. Zweitens ist das Ausmaß der thermischen Ausdehnung proportional zur gesamten Größe; dadurch werden, da die Größe klein gehalten wird, die Spannungen infolge thermischer Ausdehnung ebenfalls klein gehalten. Aus diesen Gründen führen die hier angewandten Konstruktionsprinzipien zu einem verminderten Risiko einer Rißbildung des verschmolzenen Quarzes infolge eines Unterschiedes der thermischen Ausdehnung im Quarz und im Wolfram.
• Wie ebenfalls in Fig. 1 gezeigt, nimmt die Dicke der Wandung des Kolbens 14 von einem Zentrum oder einer Mittelebene 50 ausgehend, die senkrecht zur Lampenachse steht und auf halbem Wege zwischen den zwei Hälsen 22 und 24 liegt, allmählich zu.
• Die Wanddicke ist innerhalb von Grenzwerten gehalten, die auf der Wattzahl der Lampe und der Kolbenabmessung basieren, um so einen Wärmeleitungsfluß entlang der Quarzkolbenwand von einem Bereich in der Nähe der Bogenstrecke zu den ersten und zweiten Schäften 26 und 28 hin zu regulieren. Dies kann als Funktion der Querschnittsflächenlast bei einem ersten und einem zweiten Querschnitt der Kolbenwand ausgedrückt werden, die bei einer ersten und einer zweiten Viertelkammer-Ebene 52 und 54 genommmen werden, die jeweils auf halbem Weg zwischen der Mittelebene 50 und den jeweiligen Hälsen 22 und 24 liegen. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Querschnitt der Kolbenwand 14 in der Ebene 52 ein Ring, dessen Flächeninhalt aus der Wanddicke und dem Radius bezüglich der Achse berechnet werden kann. Der Elektrodenstab 36 ist in der Achse liegend in Fig. 2 gezeigt.
• Wie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt, sind beide Hälse 22, 24 in einer Stelle eingeschnürt, die der Ebene entspricht, in der die jeweilige Elektrode 30, 32 den Hals verläßt und in die Kammer 16 eintritt. Die Hälse weisen in dieser Ebene, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, eine begrenzte Querschnittsfläche des Quarzrohres auf. Der Zuführdrahtschaft 34 der ersten Elektrode 30 ist ebenfalls in der Achse des Rohres 12 liegend in dieser Ebene gezeigt.
• Für eine optimale Leistungsfähigkeit sollte der Quarzkolbenlastfaktor sowohl den Viertelkammer-Last- als auch den Hals- Lastkriterien genügen.
• Hinsichtlich der Viertelkammer-Last kann dieser mit QCL bezeichnete Faktor durch die Nennleistung P (z.B. 22 Watt) der Lampe dividiert durch die Summe der Querschnittsflächen XC1, XC2 in den ersten und zweiten Viertelkammer-Ebenen 52 und 54 definiert werden:
• wobei der Viertelkammer-Lastfaktor QCL zwischen ungefähr 70 und 350 Watt pro Quadratzentimeter liegen sollte. Die Variation innerhalb dieses Bereiches erlaubt den Gebrauch verschiedener Salzfüllungen für verschiedene Dampfdrücke und verschiedene Farbtemperaturen, wie sie für verschiedene Anwendungen benötigt werden.
• Der Hals-Lastfaktor NL kann durch die Nennleistung P der Lampe 10 dividiert durch die Summe des Quarzquerschnittes XQ1 + XQ2 beider Hälse und die Summe der Elektrodenquerschnitte XE1 + XE2 in den beiden Hälsen, die mit einem Faktor A multipliziert wird, ausgedrückt werden, wobei der Faktor A der im Vergleich zu der von Quarz oder Siliciumdioxid wesentlich höheren Wärmeleitfähigkeit von Wolfram Rechnung trägt:
• Der Faktor A liegt typischerweise in der Größenordnung von 90 bis 96 und kann durch den Wert 90 angenähert werden. Für einen optimalen Betrieb sollte der Hals-Lastfaktor NL zwischen 100 und 400 Watt pro Quadratzentimeter liegen.
• In einer typischen erfindungsgemäßen 22-Watt-Lampe wurde der Hals-Lastfaktor mit einem Wert von näherungsweise 280 W/cm² gemessen, wobei der Viertel-Kammer-Lastfaktor ungefähr 90 W/cm² betrug.
• Fig. 4 zeigt eine andere erfindungsgemäße Lampe, diesmal mit einer mittleren Leistung, die zwischen 5 und 15 Watt liegt. Dieselben vorstehend diskutierten Überlegungen sind bei der Formgebung und Bauweise dieser Lampe berücksichtigt worden, wobei Elemente, die Elementen in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel entsprechen, mit denselben, jedoch um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen worden sind.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Lampe 110 ein beidendig verschmolzenes Quarzrohr 112 mit einer Kolbenwand 114 auf, dessen Wand eine Bogenkammer 116 definiert, die eine Füllung mit Quecksilber, einem Halogenid-Salz und einer kleinen Menge eines Edelgases enthält. Es sind ein erster und ein zweiter eingeschnürter Hals 122 und 124 vorgesehen, durch die eine erste und eine zweite Elektrode 130 und 132 in die Kammer 116 eintreten. Wie bereits in dem ersten Ausführungsbeispiel befinden sich eine Mittelebene 150 auf halbem Weg zwischen den Hälsen 122, 124 und Viertelkammer-Ebenen 152 und 154 jeweils auf halbem Weg zwischen der Mittelebene und jeweils einem der Hälse 122 und 124. Der Viertelkammer-Lastfaktor wird wie zuvor beschrieben aus der Nennleistung der Lampe und aus den Querschnittsflächen der Wand in diesen Ebenen 152, 154 bestimmt.
• Der Viertelkammer-Lastfaktor sollte zwischen 100 und 350 Watt pro Quadratzentimeter gehalten werden.
• Der Halslastfaktor wird ebenso wie zuvor beschrieben auf der Basis der Quarz- und Wolframdrahtquerschnittsfläche in den beiden Hälsen 122 und 124 bestimmt. Der Halslastfaktor sollte zwischen 100 und 400 Watt pro Quadratzentimeter liegen. Bei einer typischen erfindungsgemäßen 14-Watt-Lampe betrug der Halslastfaktor 180 W/cm², und die Viertelkammer-Last 170 W/cm².
• Eine Lampe 210 sehr niedriger Leistung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt, wobei die Lampe eine Nennleistung von unter 5 Watt hat. Hier werden dieselben Gestaltungsüberlegungen eingesetzt wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, und es wird eine hohe Leistungsfähigkeit von 40 Lumen pro Watt oder höher erreicht. Elemente, die denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen, wobei die Bezugszeichen jedoch um 200 erhöht wurden. Dieses Ausführungsbeispiel weist ein verschmolzenes Quarzrohr 212 auf, in dem ein entsprechend kleinerer Kolben 214 ausgebildet ist, dessen Wand eine Bogenkammer definiert. Durch einen ersten und einen zweiten eingeschnürten Hals 222 und 224 zu beiden Enden des Kolbens stehen eine erste und eine zweite Wolfram-Drahtelektrode 230, 232 hervor. Diese definieren eine kleine Bogenstrecke innerhalb der Kammer 216, in der sich eine geeignete Füllung mit Quecksilber, Salz und Edelgas befindet. In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Elektroden 230, 232 aus einem Draht mit gleichförmigem Durchmesser anstelle von einer strukturierten Formgebung, wie sie bei den Lampen gemäß den Figuren 1 und 4 verwendet wurde.
• Die Viertelkammer-Last wird auf der Basis der Nennleistung und der Kolbenwandquerschnitte in den Viertelkammer-Ebenen 252 und 254 bestimmt. Die Halslast wird in entsprechender Weise auf der Basis der Nennleistung und der Quarz und Wolfram- Drahtquerschnitte in dem ersten und zweiten Hals 222 und 224 bestimmt.
• Wie in den anderen Ausführungsbeispielen sollte der Viertel- Kammer-Lastfaktor bei dieser Lampe 210 im Bereich zwischen 100 und 350 Watt pro Quadratzentimeter gehalten werden, und der Halslastfaktor sollte im Bereich zwischen 100 und 400 Watt pro Quadratzentimeter liegen. Bei einer speziellen Lampe gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Nennleistung von 2,5 Watt betrug der Halslastfaktor ungefähr 240 W/cm², und die Viertelkammer-Last ungefähr 215 W/cm².
• In jeder der größeren Lampen (15 bis 40 Watt), mittleren Lampen (5 bis 14 Watt) und kleineren Lampen (unter 5 Watt) finden Prinzipien des Wärmemanagements Anwendung, um den Wärmefluß entlang der Quarzwand des Kolbens und aus den Hälsen heraus auf große abstrahlende Oberflächen der Schäfte zu begrenzen. Heiße verwirbelte Gase in den Zonen zwischen den Elektrodenenden, d.h. in der Nähe des oben erzeugenden Plasmas, bewirken den größten Anteil des Wärmeübergangs im zentralen Bereich der Kammer. Da die Hitze sich jedoch in axialer Richtung zu den Hälsen hin ausbreitet, spielt die Leitfähigkeit in der aus Quarz bestehenden Kolbenwand eine größere Rolle. Die Rate des Wärmeflusses sollte innerhalb eines Bereiches gehalten werden, so daß die Temperaturen hoch genug bleiben, um die Quecksilberund Salzdampfdrücke hoch zu halten. Jedoch muß etwas Wärme abgeführt werden, um eine Entglasung der Kolbenwand aus geschmolzenem Quarz durch die hohe Temperatur zu vermeiden. Ferner sollte überschüssiges Salz, d.h. ein Salzreservoir, außerhalb des zentralen Bereiches der Kolbenwand kondensieren, und gemäß der vorliegenden Erfindung liegt der kälteste Bereich der Kammer während des Betriebes der Lampe bei einem der Hälse hinter der Elektrode, so daß sich das Salzreservoir dort bildet. So bilden sich keine Flecken aus kondensiertem Salz auf dem konvexen Abschnitt 18 der Kolbenwand im Lichtweg aus.
• Die Hälse, die Kolbenseitenwände und die Schäfte des Quarzrohres müssen dick genug sein, um selbsttragend zu sein und um genügend Wärme zu übertragen, um eine Entglasung zu verhindern, wahrend sie andererseits klein genug bemessen werden müssen, um Wärme zurückzuhalten, die hohe Dampfdrücke erzeugt, die wiederum zu einer höheren Leistungsfähigkeit der Lampe und zu gewünschten Farbtemperaturen bei niedrigen Nennleistungen führen.
• Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezug auf ausgewählte bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, versteht sich, daß die Erfindung nicht auf diese speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr bieten sich zahlreiche Abwandlungen und Änderungen dem Fachmann an, ohne den Schutzbereich der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (13)

1. Metall-Halogenid-Entladungslampe (10), gekennzeichnet durch ein Rohrgehäuse (12) von einer Bauart mit zwei Enden, mit einem ersten Hals und einem zweiten Hals (22, 24), die axial an gegenüberliegenden Enden eines Kolbens (14) angeordnet sind und die jeweils einen ersten bzw. einen zweiten Schaft (26, 28) mit dem Kolben (14) verbinden, der eine Kolbenwand aufweist, die eine Bogenkammer (16) eines bestimmten Volumens definiert, wobei die ersten und zweiten Hälse (22, 24) eingeengt sind, um einen Wärmefluß von der Kolbenwand zu den jeweiligen Schäften (26, 28) zu beschränken, wobei ferner bestimmte Mengen an Quecksilber und einem Metall-Halogenid-Salz in der Kammer (16) vorhanden sind, und wobei sich eine erste bzw. eine zweite langgestreckte Elektrode (30, 32) aus einem hochtemperaturbeständigen Metall axial jeweils durch einen der Hälse (22, 24) und in die Bogenkammer (16) hinein erstrecken, wobei die Elektroden (30, 32) axiale und voneinander beabstandete Spitzen (36, 46) aufweisen, die eine Bogenstrecke zwischen sich def inieren, wobei die Lampe (10) eine Nennleistung aufweist, die von dem Volumen der Kammer (16), den Mengen an Quecksilber und Salz in der Kammer (16) und der Bogenstrecke abhängt, wobei die Kolbenwand eine Dicke aufweist, die von einer kammermittigen Ebene (50), die auf halbem Wege zwischen den Hälsen (22, 24) liegt und senkrecht zur Achse der Lampe (10) verläuft, zu den jeweiligen ersten und zweiten Hälsen (22, 24) hin zunimmt, und wobei die Kolbenwand eine erste und eine zweite Viertelkammer- Ebene (52, 52) aufweist, die senkrecht zur Achse verlaufen und jeweils auf halbem Weg zwischen der kammermittigen Ebene (50) und dem ersten bzw. zweiten Hals (22, 24) liegen, wobei die Wand in der ersten bzw. zweiten Viertelkammer-Ebene (52, 54) jeweils eine erste bzw. zweite Kammer-Querschnittsfläche aufweist, wobei die Lampe (10) einen Nenn-Viertelkammer-Lastfaktor aufweist, der gleich der Nennleistung der Lampe dividiert durch die Summe der ersten und zweiten Viertelkammer-Querschnittsfläche ist, wobei der Nenn-Viertelkammer-Lastfaktor im Bereich zwischen 70 und 350 Watt pro Quadratzentimeter liegt.

2. Metall-Halogenid-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung zwischen 2 Watt und 5 Watt liegt.

3. Metall-Halogenid-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung zwischen 5 Watt und 14 Watt liegt.

4. Metall-Halogenid-Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung zwischen etwa 15 Watt und 40 Watt liegt.

5. Metall-Halogenid-Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16) eine allgemein Gauss'sche Innengestalt mit sich aufweitenden Abschnitten (20) an den Hälsen (22, 24), aus denen die jeweiligen Elektroden (30, 32) in die Kammer (16) eintreten und einen konvexen Abschnitt (18) zwischen den sich aufweitenden Abschnitten (20) aufweist.

6. Metall-Halogenid-Entladungslampe (10), gekennzeichnet durch ein Rohrgehäuse (12) von einer Bauart mit zwei Enden, mit einem ersten Hals und einem zweiten Hals (22, 24), die axial an gegenüberliegenden Enden des Kolbens (14) angeordnet sind und die jeweils einen ersten bzw. einen zweiten Schaft (26, 28) mit dem Kolben (14) verbinden, der eine Kolbenwand aufweist, die eine Bogenkammer (16) eines bestimmten Volumens definiert, wobei bestimmte Mengen an Quecksilber und einem Metall-Halogenid- Salz in der Kammer (16) vorhanden sind, und wobei sich eine erste bzw. eine zweite langgestreckte Elektrode (30, 32) aus einem hochtemperaturbeständigen Metall axial jeweils durch einen derhälse (22, 24) und in die Bogenkammer (16) hineinerstreckt, wobei die Elektroden (30, 32) axiale und voneinander beabstandete Spitzen (36, 46) aufweisen, die eine Bogenstrecke zwischen sich definieren, wobei die Lampe (10) eine Nennleistung P aufweist, die von dem Volumen der Kammer (16), den Mengen an Quecksilber und Salz in der Kammer (16) und der Bogenstrecke abhängen, wobei die Hälse (22, 24) dort jeweils eine erste bzw. eine zweite Hals-Querschnittsfläche XQ1 bzw. XQ2 aufweisen, wo die jeweilige Elektrode (30, 32) in die Kammer (16) eintritt, wobei ferner die erste bzw. die zweite Elektrode (30, 32) dort jeweils eine Querschnittsfläche XE1 bzw. XE2 aufweist, wo die Elektroden (30, 32) in die Kammer (16) eintreten, und wobei das hochtemperaturbeständige Metall der Elektroden eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die A mal so groß ist wie diejenige des Rohres (12), und wobei die Lampe (10) einen Hals-Leistungs- Lastfaktor

im Bereich zwischen 100 und 400 Watt pro Quadratzentimeter aufweist.

7. Metall-Halogenid-Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung P zwischen 2 Watt und 5 Watt liegt.

8. Metall-Halogenid-Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung zwischen 5 Watt und 14 Watt liegt.

9. Metall-Halogenid-Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennleistung P zwischen etwa 15 Watt und 40 Watt liegt.

10. Metall-Halogenid-Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (16) eine allgemein Gauss'sche Innengestalt mit sich aufweitenden Abschnitten (20) an den Hälsen (22, 24), aus denen die jeweiligen Elektroden (30, 32) in die Kammer (16) eintreten und einen konvexen Abschnitt (18) zwischen den sich aufweitenden Abschnitten (20) aufweist.

11. Metall-Halogenid-Entladungslampe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Oberflächen des ersten bzw. zweiten Halses (22, 24) eingeengt sind, um den Wärmefluß entlang der Kolbenwand und aus den Schäften (26, 28) heraus einzuschränken.

12. Metall-Halogenid-Entladungslampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (30, 32) aus einem Wolframdraht (34, 44) gebildet sind und das Verhältnis zwischen deren Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit von Quarz in der Größenordnung von ungefähr 90 liegt.

13. Quarz-Halogen-Entladungslampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wolframdraht (34, 44) an den Hälsen (22, 24) einen Durchmesser von etwa 0,18 mm (0,007 Zoll) aufweist.