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Elektrische Edelgas-Hochdruck-Entladungslampe
Im Stammpatent Nr. 207945 ist eine elektrische Edelgas-Hochdruck-Entladungslampe für kontinuierlichen Betrieb, bei der der Elektrodenabstand mindestens das Doppelte des lichten Rohrdurchmessers des Entladungsrohres beträgt und die ein Entladungsgefäss aus Quarzglas oder einem thermisch ähnlich wie Quarzglas belastbaren, transparenten Material hat, vorgeschlagen worden. Bei dieser Lampe wird zur Erzielung einer Wandstabilisierung der Hochdruckentladung ein auf eine Lampe olme Totraum reduzierter Fülldruck des Gases zwischen 5 und 350 Torr verwendet. Die Lampe wird ohne jegliche künstliche Kühlung derart mit niedrigem Gradienten und niedriger Stromdichte betrieben, dass die mittlere Leistungkonzentration in der Entladung zwischen 5 und 200 W/cm3 beträgt.
Die Edelgasfüllung kann Zusätze unter anderem von Metalldämpfen enthalten.
Es ist zwar bekannt, in Edelgas-Hochdruck-Entladungslampen Metalldämpfe. z. B. Quecksilber, zusätzlich einzufüllen, doch handelt es sich dabei meist um die seit langem bekannten kugelförmigen Hochdruck-Entladungslampen. bei denen der Abstand der Elektroden nur einen Bruchteil des Kolbendurchmessers beträgt. Diese Lampen enthalten eine EdelgÅasfüllung unter hohem Druck von mehreren Atmosphären und brennen nicht wandstabilisiert. Daneben sind auch Edelgas-Hochdruck-Entladungslampen mit Quecksilberzusatz bekannt, bei denen bei einem Innendurchmesser des Lampenkolbens von wenigen Millimetern der Elektrodenabstand einige Zentimeter beträgt.
Doch auch bei diesen Lampen steht das Edelgas bei Raumtemperatur schon unter einem Druck von mehreren Atmosphären. Ausser den erwähnten Lampen sind für die Belichtung lichtempfindlicher Papiere langgestreckte Hochdruck-Gasentladungslampen gebaut worden, die Quecksilber und ein Edelgas, unter anderem Xenon, als Zündgas enthalten. Diese Lampen haben relativ kleine Leistungsaufnahmen von etwa 3 kW und weniger und werden mit nur geringen Stromstärken betrieben, so dass die mittleren Stromdichten unter 1 A/cm2liegen. Entsprechend ihrem Verwendungszweck sind die Lampen so ausgelegt, dass eine Strahlungsausbeute an langwelligem UV mit hoher Konstanz erzielt wird.
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Im Gegensatz zu den bisher bekannten Quecksilber-Langbogenlampen mit Xenon als Zündgas, die maximal für Leistungsaufnahmen bis zu 3 kW vorgesehen sind und mit niedrigen Stromstärken betrieben werden, ist der Lampentyp nach der Erfindung für stromstarke Lampen höherer Leistungsaufnahme bestimmt. Die obere Grenze der zuzusetzenden Menge an Quecksilber von 0, 7 mg/cm3 ist bedingt durch die Ausführungsformen von Lampen herab bis zu Leistungsaufnahmen von 3 kW, da mit abnehmender Leistungsaufnahme und kleinerem Rohrdurchmesser eine grössere Menge an Quecksilber erforderlich ist, um zu optimaler Lichtausbeute zu gelangen.
Wie im Stammpatent schon ausführlich beschrieben wurde, ist das besondere Merkmal des der Erfindung des Stammpatentes zugrundeliegenden Lampentyps, dass trotz des relativ niedrigen Edelgasfüll-
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druckes von. weniger als, 350 Torr die Lampen ausgesprochenen Hochdruckcharakter zeigen. Gegenüber den davor bekannten Lampen mit unter anderem hohen Drucken, geringen Stromstärken, kleinen Entladungsquerschnitten, hohen Leistungskonzentrationen werden mit den Lampen nach dem Stammpatent nahezu die gleichen Lichtausbeuten mit niedriger Leistungskonzentration, niedrigem Druck und Wandstabilisierung erreicht, wenn man mit höheren Stromstärken und grossen Bogendurchmessern arbeitet.
Wird nun der Edelgasfüllung der Lampen nach dem Stammpatent das Quecksilber zugesetzt, so bleibt der Hochdruckcharakter der Lampen erhalten, d. h. die Temperatur von etwa 70000 K, wie sie für die Lampen nach dem Stammpatent angegeben wird, ändert sich nicht. Der Gradient wird durch den Quecksilberzusatz erhöht ; die Lichtausbeute bleibt nicht nur erhalten, sondern nimmt ebenfalls zu. Dabei hat sich bei den Lampen nach der Erfindung als überraschend und neu herausgestellt, dass der Verlauf der Lichtausbeutezunahme ein völlig anderer ist, als bei den bisher bekannten Quecksilber-Langbogenlampen mit Xenon als Zündgas. Bei den zuletzt genannten Lampen nimmt mit zunehmendem Druck, d. h. also mit zunehmender Menge Quecksilber/Kubikzentimeter, die Lichtausbeute laufend zu.
Im Gegensatz dazu findet bei den Lampen gemäss der Erfindung im Anfang eine schnelle Zunahme der Lichtausbeute statt, die aber schon bei kleinem Quecksilberzusatz, also bei verhältnismässig niedrigem Betriebsdruck in ein Gebiet nahezu konstanter, maximaler Ausbeute übergeht.
In der Zeichnung ist für ein Ausführungsbeispiel der Lampe nach der Erfindung die Abhängigkeit der
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der einem reduzierten Fülldruck von etwa 70 Torr entspricht. Bei konstant gehaltener Bogenleistung von 170 W/cm ergibt sich für eine Lampenlänge von 120 cm eine Leistungsaufnahme von ungefähr 20 kW. die Stromdichte beträgt etwa 6 A/cm. Die Kurven lassen erkennen. dass mit zunehmendem Quecksilber gehalt der Gradient anwächst. Im Bereich des ansteigenden Spannungsgradienten wachsen zunächst gleichzeitig auch die Lichtstärke bzw. der Lichtstrom schnell an. Bereits schon bei einer Füllmenge von 0, 2 mg Hg/cm3, die etwa einem Quecksilber-Betriebsdruck von nur 200 Torr entspricht, erreicht die Lichtausbeute fast ihren Höchstwert.
Bei weiterer Erhöhung des Quecksilberzusatzes nimmt die Mehtaus- beute praktisch nicht mehr zu.
Nach der Erfindung ergibt sich demnach eine Xenon-Quecksilber-Entladung niedrigen Druckes und hoher Gastemperatur mit einer Lichtausbeute wie bei einer Höchstdruck-Quecksilberdampf-Entladungslampe. Die Lampen lassen sich für beliebig hohe Leistungen herstellen. Während bei Lampen mit reiner Edelgasfüllung bei hohen Leistungsaufnahmen, z. B. 65 kW, ein Lichtstrom von über zwei Millionen Lumen erreicht wird, lassen sich mit Lampen nach der Erfindung mit Quecksilberzusatz zur Edelgasfül- lung bei gleicher Leistungsaufnahme noch weit höhere Lichtströme erzielen.