<Desc/Clms Page number 1>
Hochdruck-Quecksilberdampflampe
Die Erfindung betrifft Hochdruck-Quecksilberdampflampen, insbesondere solche Bauarten derselben, die für allgemeine Beleuchtungszwecke oder Strassenbeleuchtungszwecke bestimmt sind, und bezweckt die Korrektur des Lichtes solcher Lampen.
Die obengenannten Lampen besitzen bekanntlich üblicherweise einen solchen Aufbau, dass ihr aus Quarz oder Quarzglas bestehender Hochdruckkolben in einem grösseren Glaskolben angeordnet ist, der zumeist eine neutrale Gasfiillung enthält. Dieser zweite Kolben dient einerseits als Berührungsschutz des innerenHochdruckkolbens, der sich betriebsmässig auf recht hoher Temperatur befindet, und anderseits dazu, die für das menschliche Auge schädliche Ultraviolettstrahlung grösstenteils zu absorbieren. Im Hochdruckkolben herrscht betriebsmässig ein über dem Atmosphärendruck liegender Druck, der grösstenteils vom Dampfdruck des Quecksilbers herrührt. Der Füllgasdruck des Edelgases, mittels welchem der auch das Quecksilber enthaltende Hochdruckkolben gefüllt wird, beträgt nämlich in der Regel nur einige Millimeter Quecksilbersäule.
Es ist bekannt, dass Hochdruck-Quecksilberdampflampen ohne Farbkorrektion ihres Lichtes ein Licht vonbläulich-granlicherFarbeaussenden. DieErklärungdieserTatsacheist, dasssichimSpektrumdes vom Hochdruckkolben ausgehenden Lichtes ausser den Ultraviolettstrahlen, d. h. Strahlungen, deren Wellenlänge unter 4000 liegt, auch Strahlungen bläulichen Lichtes, z. B. de Wellenlängen von 4047, 4358 usw., ferner im Gebiet zwischen 5000 und 6000 zwei weitere Spektrallinien befinden, Strahlungen von über 6000 Wellenlänge sind jedoch im Spektrum dieser Lampen nicht enthalten.
Aus obigem Grunde war man schon seit langer Zeit bestrebt, das Spektrum des Lichtes solcher Lampen mittels Leuchtpulvern derart zu korrigieren, dass im korrigierten Spektrum in hinreichender Menge auch Rotstrahlungen, also Strahlungen von über 6000 Wellenlänge, enthalten sind. Hiedurch wird nämlich das Licht dieser Lampen dem natürlichen Sonnenlicht bedeutend ähnlicher und daher für allgemeine Beleuchtungszwecke geeigneter. Solche Leuchtpulver können zweckmässig an der Innenwand des Glaskolbens angebracht werden und dienen ausser zu Farbkorrektionen auch dazu, die unangenehm hohe Leuchtdichte des Hochdruckkolbens nach aussen hin zu verringern.
Als Leuchtpulver für obige Zwecke wurden bereits die verschiedensten Substanzen vorgeschlagen.
Neuerdings gelangten hauptsächlich Arsenatleuchtpulver, Germanatleuchtpulver und schliesslich Orthophosphatleuchtpulver zu Bedeutung. Die Arsenatleuchtpulver liefern ein Licht tiefroter Farbe, sind aber ziemlich wärmeempfindlich und deshalb bei Hochdruck-Quecksilberdampflampen grösserer Leistung kaum brauchbar, da bei den hohen Betriebstemperaturen solcher Lampen diese Leuchtpulver zugrunde gehen. Die Germanatleuchtpulver besitzen den Nachteil, dass sie ziemlich teuer sind. Hingegen besitzen sie den Vorteil, dass sie nicht nur durch ultraviolette Strahlen, sondern auch durch sichtbare blaue Lichtstrahlen erregt werden. In ihrem Emissionsspektrum befinden sich aber nur Strahlungen von über 6 00 ouwel- lenlänge.
Die Orthophosphatleuchtpulver werden hingegen nur durch Ultraviolettstrahlen erregt, und ihr Emissionsspektrum beginnt bereits bei Wellenlängen von unter 4000 , d. h. sie senden als erregte Strahlung ausser Ultraviolettstrahlung auch in beträchtlicher Menge ein Licht bläulicher Farbe aus. In ihrem Emissionsspektrum befindet sich ausserdem eine intensive Rotstrahlung von etwa 6000 Wellenlänge, aber Strahlen grösserer Wellenlänge senden sie nur in bedeutend geringerer Menge aus und ausgesprochen tief-
<Desc/Clms Page number 2>
rote Strahlen befinden sich in ihrem Emissionsspektrum überhaupt nicht.
Germanatleuchtpulver sind bekanntlich solche, die mindestens MgO und GeO enthalten und mit Mangan aktiviert sind. Der Aufbau einiger bekannterGermanatleuchtpulver ist z. B. der folgende :
EMI2.1
<tb>
<tb> Grundstoff <SEP> Aktivator
<tb> 4MgO. <SEP> GeC <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> mol <SEP> Mn
<tb> 2 <SEP> MgO. <SEP> 2BeO. <SEP> GeO, <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> mol <SEP> Mn
<tb> 2 <SEP> MgO. <SEP> 2MgF2. <SEP> GeO2 <SEP> 0,01 <SEP> mol <SEP> Mn
<tb>
Orthophosphatleuchtpulver sind bekanntlich solche, deren allgemeine Formel ungefähr der Formel Me, (PO"), entspricht, in welcher Formel #Me" z. B. Ca, Sr, Zn oder mehrere dieser Elemente gemeinsam bedeuten kann. Als Aktivator wird Zinn verwendet. Der Aufbau eines Sr-Zn-Orthophosphatleucht- pulvers kann z.
B. der folgende sein :
EMI2.2
<tb>
<tb> Grundstoff <SEP> Aktivator
<tb> Sr <SEP> Zn <SEP> (PO). <SEP> 0,01-0,05 <SEP> mol <SEP> SnO
<tb> 2. <SEP> 65 <SEP> 0.20 <SEP> 4 <SEP> z
<tb>
Zweck der vorliegenden Erfindung ist nun, bei Hochdruck-Quecksilberdampflampen eine bessere Korrektur des Lichtes zu erreichen, als dies bisher möglich war und somit solche Lampen für allgemeine Beleuchtung und Strassenbeleuchtung geeignet zu machen.
Zu diesem Zweck wurde angestrebt, eine Lampe zu schaffen, bei welcher ausser der durch den Hochdruckkolben entsandten#primäten"Ultra- violettstrahlung auch die durch das Leuchtpulver gegebenenfalls entsandte "sekundäre" Ultraviolettstrah- lung, ja sogar ein Teil der Strahlung zwischen 4000 und 4500 Wellenlänge zu Strahlungen grösserer Wellenlänge umgewandelt werden, wobei aber das Emissionsspektrum des Leuchtpulvers nicht nur Rotstrahlungen, sondern auch Strahlungen kürzerer Wellenlänge enthalten soll.
Dementsprechend wurde die Schaffung einer Lampe angestrebt, bei welcher ein grösserer Teil der Primärstrahlung, u. zw. nicht nur die Ultraviolettstrahlung, sondern auch die sichtbare Strahlung, zur Erregung des Leuchtpulvers dienen und daher das sichtbare Licht zu einem bedeutenden Teil durch das Leuchtpulver geliefert werden soll. Es wurde ferner angestrebt, ein möglichst billiges Leuchtpulver für obige Zwecke zu schaffen, welches dennoch sämtlichen obigen Anforderungen genügt. Hiebei wurde aber gefunden, dass sämtliche obigen Anforderungen mittels eines einzigen Leuchtpulvers nicht erfüllt werden können, sondern dass man hiezu ein Leuchtpulvergemisch verwenden muss.
Ausgehend von den diesbezüglichen ausgedehnten Versuchen besteht die Erfindung im wesentlichen darin, dass das Leuchtpulver ein Gemisch mindestens zweier Komponenten ist, dessen Erregungsspektrum sich ausser auf das Ultraviolettgebiet auch auf einen Teil des sichtbaren Spektralgebietes, und dessen Emissionsspektrum sich ausser auf das sichtbare Spektralgebiet auch auf einen Teil des Ultraviolettgebietes erstreckt, wobei diese Überlappung seiner Erregungs-und Emissionsspektralgebiete derart ist, dass das Emissionsspektrum des Lichtes der Lampe mitsamt dem in Strahlungen anderer Wellenlängen nicht umgewandelten Strahlungen des Lichtes des Hochdruckkolbens sämtliche Wellenlängen des sich von der Wellenlänge von 4000 A mindestens bis zu der Wellenlänge von7000 A erstreckenden Spektralgebietes enthält.
Ein solches Leuchtpulvergemisch enthält erfindungsgemäss vorzugsweise mindestens ein Orthophosphatleuchtpulver und ein Germanatleuchtpulver, u. zw. vorzugsweise in einem solchen Verhältnis zuein- ander, dass die Gesamtmenge des Germanatleuchtpulvers oder der Gerrnanatleuchtpulver zweckmässig höchstens 50 %,vorzugsweise aber nur etwa 30 % der gesamten Leuchtpulvermenge beträgt.
Bei Verwendung eines solchen Leuchtpulvergemisches werden nämlich die Uitraviolettstrahien unter 3500 Wellenlänge in Strahlungen grösserer Wellenlänge sowohl durch das Orthophosphatleuchtpulver, als auch durch das Germanatleuchtpulver umgewandelt, wogegen der grösste Teil der Strahlung zwischen 3500 und 5000 Wellenlänge zu Strahlungen grösserer Wellenlänge durch das Germanatleuchtpulver um- gewandelt wird. Dementsprechend werden durch das Germanatleuchtpulver auch die im Gebiet zwischen 3500 und 5000.
liegenden Strahlungen zum überwiegenden Teil zu Strahlungen grösserer Wellenlänge umgewandelt, und zwischen diesen umzuwandelnden Strahlungen befinden sich teilweise auch die durch das Orthophosphatleuchtpulver entstandenen Sekundärstrahlungen.Die Maxima des Emissionsspek-
EMI2.3
<Desc/Clms Page number 3>
Orthophosphatleuchtpulvers, die Strahlungen zwischen 6000 und 6500 A hingegen von den Sekundärstrahlungen desOrthophosphatleuchtpulvers bzw. Germanatleucbtpufvers herrühren.
Ob nun im Emissionsspektrum der Lampe mehr oder weniger tiefrotes Licht oder mehr oder wenigeibläuliches Licht vorhanden ist, wird von der Zusammensetzung des Leuchtpulvergemisches abhängen. Falls man mehr Germanatleuchtpulver verwendet, wird sich das Spektrum in die Richtung der Tiefrotstrahlung verschieben, wogegen im Falle geringerer Mengen an Germanatleuchtpulver das Spektrum auch im Gebiet der bläulichen Strahlen
EMI3.1
ab, indem die Sekundärstrahlung des Orthophosphatleuchtpulvers das Germanatleuchtpulver ebenfalls erregt. Demzufolge wird das Licht der Lampe einetseits dem Tageslicht ähnlicher sein und die Lampe wird im Spektralgebiet zwischen etwa 4000 und 7000 Ä ein kontinuierliches Spektrum besitzen, aus dem also keine Wellenlängen vollständig fehlen.
Anderseits wird die Lichtausbeute und die Lichtleistung der Lampe erhöht.
Zur besonders günstigen Erreichung der obengenannten Ergebnisse ist es zweckmässig, wenn man als Germanatleuchtpulver ein mit Mangan aktiviertes Magnesiumgermanat oder Magnesium- BerylliumGermant oder Magnesiumfluorogermanat, als Orthophosphat-Leuchtpulver aber ein mitZinnak1iviertes Strontium-Zink-Orthophosphat verwendet.
Die obengenannten Erscheinungen werden nachstehend in einem Beispiel im Zusammenhang mit der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung veranschaulicht das Diagramm der Fig. 1 sowohl die Erregungspektra als auch die Emissionsspektra der zwei Komponenten des erfindungsgemässen Leuchtpulvergemisches, wobei als Abszisse die Wellenlänge in A und als Ordinaten an der linken Seitedierelativen Erregungswirkungsgrade in Prozenten und an der rechten Seite die relativen Emissionen In demselben Mass- stab aufgetragen sind. Die in Fig. l links liegenden Kurven beziehen sich auf die Erregung, die rechts liegenden Kurven auf die Emission, wobei sich die voll ausgezogenen Kurven"A"auf das Orthophosphatleuchtpulver und die gestrichelt gezeichneten Kurven"B"auf das Germanatleuchtpulver beziehen.
Aus Fig. l ist daher die Überlappung der Spektra der einzelnen Leuchtpulver klar ersichtlich.
Fig. 2 veranschaulicht das Emissionsspektrum einer Hochdruck-Quecksilberdampflampe, die mit einem Leuchtpulvergemisch aus Orthophosphat-und Germanatleuchtpulver versehen ist. In diesem Spektrum sind also auch die sichtbaren Wellenlängen der Quecksilberdampfentladung enthalten. Als Abszisse des Diagramms sind die Wellenlängen in Ä. alsOrdinate die prozentuelleverteilung der Leuchtdichte aufgetragen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist dieses Spektrum sehr günstig und es spielt in ihm neben der Rotkorrektion auch das bei den kürzeren Wellenlängen des sichtbaren Gebietes vorhandene Kontinuum eine bedeutende Rolle.
Das Spektrum gemäss Fig. 2 bezieht sich auf das Licht einer Lampe, deren aus Quarz bestehender Hochdruckkolben eine bei Zimmertemperatur einen Füllgasdruck von etwa 10 bis 40 Torr aufweisende Edelgasfüllung ausArgon und ausserdem flüssiges Quecksilber enthält. Die Arbeitstemperatur dieses Hochdruckkolbens beträgt etwa 400 - 7000 C. Der bei Arbeitstemperatur in demselben herrschende Innendruck im stationären Betriebszustand kann etwa 10000 - 16000 Torr, also bis etwa 20 atü, betragen. Dieser Hochdruckkolben befindet sich in einem grösseren Glaskolben, der eine Füllung aus Stickstoff oder Argon bei einem Füllgasdruck von etwa 200 bis 500 Torr enthält, und an dessen Innenwand das erfindungsgemässe Leuchtpulvergemisch in Form eines Überzuges von etwa 100 ja Stärke angebracht ist.
Die Zusammensetzung dieses Leuchtpulvergemisches ist die folgende : 50 Gew.-lo eines Orthophosphatleuchtpulvers
EMI3.2
Zn0, 1 gmol sind.
Da bei einer solchen Anordnung die Arbeitstemperatur des Glaskolbens durch entsprechende Bemessung desselben und Wahl seines Füllgases und dessen Füllgasdruckes ziemlich gering, z. B. zwischen etwa 200 und 2500 C, gehalten werden kann, ja sogar die verwendeten Leuchtpulver ihre beste Lichtausbeute bei einer Arbeitstemperatur von einigen hundert Grad C aufweisen, kann die erfindungsgemässe Lampe auch in grossen Einheiten bis etwa 100 Watt, ja sogar noch höher, ausgeführt werden. Das Auftragen des erfindungsgemässen Leuchtpulvergemisches auf die Innenwandfläche des Glaskolbens kann mittels eines beliebigen bekannten Verfahrens erfolgen.
Im oben beschriebenen Fall wird durch das erfindungsgemässe Leuchtstoffgemisch ein Ergebnis erzielt, welches einzeln mitkeinem der Komponenten des Gemisches erreicht werden kann. Die erreichte Wirkung ist keine reine Additionswirkung, sondern es tritt ein Mehreffekt auf. Wenn man nämlich z. B. ein Ger- manatleuchtpu1ver allein verwendet, so erhält man im Spektrum eine starke rote Linie, welche, obzwar
<Desc/Clms Page number 4>
dieselbe als ein schmales Band aufgefasst werden kann, die Farbe des entsendeten Lichtes zwar verbessert, aber nichts an der Tatsache ändert, dass das Emissionsspektrum der Lichtquelle dem Wesen nach nur aus einigen gut definierten Linien bzw. schmalen Bändern besteht.
Verwendet man hingegen ein Orthophosphatleuchtpulver allein, wird die Lage zwar etwas weniger ungünstig sein, da dieses Leuchtpulver weniger selektiv strahlt und daher sein Spektrum eine grössere Breite besitzt, jedoch befinden sich in diesem Spektrum keine tiefroten Farben und das Spektrum enthält verhältnismässig viel Strahlungen der Wellenlänge von etwa 4000 A. Werden demnach diese beidenLeuchtpulverbzw. ihre Spektra theoretisch ganz einfach addiert, käme nichts weiteres als Ergebnis heraus, als dass das Spektrum des Orthophosphatpulvers im tief- roten Gebiet eine Korrektion erfährt. Wenn aber nicht nur dieEmissionsspektra theoretisch addiert, sondern die beiden Leuchtpulver tatsächlich vermischt werden, erhält man ein ganz anderes Ergebnis.
Dieses Ergebnis ist, dass nicht nur die obengenannte Rotkorrektur stattfindet, sondern dass das Emissionsspektrum zwischen den Wellenlängen von 4000 und 7000 Ä ein Kontinuum wird, mit mehreren herausragenden Spitzen. Die durch das Orthophosphatleuchtpulver erzeugte Ultraviolettstrahlung wird nämlich nicht die in diesem Gebiet sowieso reichliche Strahlung der Lichtquelle erhöhen, sondern das Germanatleuchtpulver erregen. Ausserdem wird die Lichtausbeute (Lumen/Watt-Wert) der ganzen Lichtquelle in bezug auf die Lichtausbeute der unkorrigierten Lichtquelle erhöht.
Es ist zu bemerken, dass die Erfindung keineswegs auf obiges Beispiel oder auf die Verwendung von Leuchtpulvergemischen eingeschränkt ist, die nur aus den obengenannten zwei Komponenten bestehen.
Das Leuchtpulvergemisch kann nämlich gegebenenfalls auch aus ändern Leuchtpulvern geeigneter Eigenschaften bestehen, und bzw. oder auch noch weitere Leuchtpulver oder andere die Lichtausbeute erhöhende Stoffe enthalten, ohne vom Wesen der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung abzuweichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hochdruck-Quecksilberdampflampe mit einem den Hochdruckkolben enthaltenden äusseren Kolben, der vorzugsweise eine neutrale Gasfüllung enthält und mit einem Innenüberzug aus einem das Emis- sionsspektrum des Lichtes des Hochdruckkolbens farbkorrigierendenLeuchtpulver versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtpulver ein Gemisch mindestens zweier Komponenten ist, dessen Erregungsspektrum sich ausser auf das Ultraviolettgebiet auch auf einen Teil des sichtbaren Spektralgebietes,
und
EMI4.1
das Emissionsspektrum des Lichtes der Lampe mitsamt dem in Strahlungen anderer Wellenlängen nicht umgewandelten Strahlungen des Lichtes des Hochdruckkolbens sämtliche Wellenlängen des sich von der Wellenlänge von 4000 Ä mindestens bis zu der Wellenlänge von 7000 Ä erstreckenden Spektralgebietes enthält.