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Natriumdampfentladungslampe
Die Erfindung betrifft eine Natriumdampfentladungslampe mit positiver Säule, welche eine Edelgasfüllung enthält.
Die bisher üblichenNatriumdampfentladungslampen weisen einenEdelgasdruckvonetwalO bis20 mm Quecksilbersäule bei Zimmertemperatur auf.
Der Lichtabfall solcher Natriumlampen ist grösstenteils auf die Verschiebung des Natriums längs der Röhrenwand während der Lebensdauer unter Einwirkung von Temperaturunterschieden längs der Röhrenwand zurückzuführen. Das Natrium wird schliesslich zur kältesten Stelle der Lampe destilliert, so dass nach längerer Brenndauer in grossen Teilen der Röhre ein Mangel an flüssigem Natrium und demnach an hinreichendem Natriumdampf entsteht. Die Entladung erfolgt dort im wesentlichen im Edelgas und erzeugt stellenweise praktisch kein Licht.
Es wurde versucht, diesen Destillationseffekt dadurch aufzuhalten, dass längs der Röhrenwand besondere kalte Stellen in Form von Ausstülpungen gebildet werden, welche verschiedene Formen haben können, wie Wülste, Rillen usw. Obwohl diese Lösungen deutliche Verbesserungen ergeben, wurde das erwähnte Natriumdestillationsproblem nie befriedigend gelöst.
Die Erfindung bezweckt, das Problem der Natriumdestillation in ganz anderer Weise und zweckmä- ssiger zu lösen.
Nach der Erfindung liegt der Edelgasdruck bei Zimmertemperatur zwischen 1 und 8 mm Hg und gleichzeitig der Gradient in der positiven Säule zwischen 0, 25 und 2, 5 Volt/cm. Durch die Herabsetzung des Edelgasdruckes wird der Lichtabfall infolge der Natriumdestillation auf ein Mindestmass beschränkt, wo- bei die kürzere Lebensdauer der Lampe infolge dieser Edelgasdruckherabsetzung teilweise odervöllig ausgeglichen wird und sogar überausgeglichen werden kann durch die gleichzeitige Gradientherabsetzung in der positiven Säule der Entladung.
Der Gradient in der Entladung kann durch geeignete Bemessung und Konstruktion sowohl der Entladungsröhre als auch des wärme-isolierenden Mantels beeinflusst werden. So ergibt eine Aufweitung der Entladungsröhre einen niedrigeren Gradienten und eine Verbesserung der wärme-isolierenden Eigenschaften des Mantels gleichfalls einen niedrigeren Gradienten.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der Lichtabfall infolge des Natriumdestillationseffektes in den meisten Fällen ein labiler Effekt mit einem kumulativen Charakter ist.
Der Gradient im Edelgas ist nahezu immer grösser als der Gradient in der Natriumentladung.
Bei gleichem Lampenstrom ist daher die aufgenommene Energie je Zentimeter Röhrenlänge in der Edelgasentladung grösser als in der Natriumentladung. Folglich wird die Temperatur von Röhrenteilen, die vorwiegend die Edelgasentladung aufweisen, höher als die Temperatur der Röhrenteile, in denen Natriumdampf in hinreichendem Masse vorhanden ist und in denen also eine vorwiegende Natriumentladung erfolgt. Diese Erscheinung bewirkt eine lawinenartige Ausbreitung der natriumarmen Röhrenteile, wodurch die Lichtausbeute der Lampe sehr nachteilig beeinflusst wird.
Nach der Erfindung kann man durch richtige Wahl des Edelgasdruckes der Edelgasentladung einen solchen Charakter verleihen, dass, obwohl der Gradient in der Edelgasentladung den Gradienten in der Natriumentladung überschreitet, die pro Zentimeter Röhrenlänge aufgenommene Energie in der Edelgasenladung diejenige in der 2'Jatriumentladung bei im übrigen gleichen Lampenströmen unterschreitet. Hie-
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reichender Natrium menge und Natrium destilliert selbsttätig zu den natrinmarmen Röhrenteile.
Der Gradient in der Edelgasentladung ist in hohem Masse vom Druck abhängig. Obwohl dieser Gradient für gangbare Edelgasgemische, wie Neon-Argon und Neon-Xenon, stets höher ist als der Gradient im Edelgas-Natriumdampfgemisch, kann bei einem bestimmten Druck ein Minimum im Edelgasgradienten festgestellt werden, welches den Edelgas-Natriumdampfgradienten nicht wesentlich überschreitet. Da bei Wechselstrombetrieb der Formfaktor in der Bogenspannung der Edelgasentladung etwa 0, 80 beträgtund in der Edelgas-Natriumdampfentladung etwa 0, 95 betragen kann, kann die pro Zentimeter Rohrenlange aufgenommene Energie in der Edelgasentladung in einem bestimmten Druckbereich niedriger sein als in der Edelgas-Natriumdampfentladung. Dieser optimale Bereich liegt zwischen etwa l und 8 mm Quecksilbersäule.
Die Druckherabsetzung gegenüber den gangbaren Drücken, die etwa 10 - 20 mrn Hg betragen, geht im allgemeinen mit einer geringeren Lebensdauer einher, da die fiir gunstige Zuadeigensehaften erforderliche kleine Menge einer bestimmten Edelgassorte, zum Beispiel die dem Neon. zugesetzte Argonmen- ge, von der Glaswand schneller absorbiert wird. Dadurch, dass der Gradient in der Natriumentladung etwa in proportionalem Verhältnis zum Druck herabgesetzt wird, kann demnach eine ungefähr gleichbleibende Lebensdauer erzielt werden. Die niedrigeren Edelgasdrücke müssen daher mit niedrigeren Gradienten und die höheren Gradienten mit höheren Drücken kombiniert werden.
Die günstigsten Ergebnisse werden erzielt, wenn das Verhältnis zwischen Druck (in mm) und. Gradient (in Volt/cm) etwa zwischen 1 und 7 und vorzugsweise zwischen 1, 5 und 5 liegt. Die niedrigsten Druck-Gradient-Verhältnisse sind nur bei verhältnismässig sehr edelgasdichten Glassorten an der Innensei- te des Entladungsgefässes anwendbar, da sonst die Lebensdauer zu kurz wird. Solche Glassorten, die ausserdem unter der Einwirkung der Natriumentladung sich praktisch nicht verfärben, können zum Beispiel folgende Zusammensetzung haben : 13 - 26 Gew. % B,, 03
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- 20 55-85"Erdalkalioxyde 0-3"Alkalioxyde unter der Bedingung, dass BaO =40 - 65 Gew. %
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Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Eine U-förmig gebogene Natriumdampfentladungsröhre ist in einer doppelwandigen entlüfteten Zylinderhülle angebracht. Die aus Kalkglas bestehende Entladungsröhre hat einen inneren Durchmesser von 15 mm und ist an der Innenseite mit einer dünnen natriumbeständigen Glasschicht folgender Zusammensetzung versehen :
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94, 2 " MgO
Die Röhre besitzt an den Enden aktivierte Glühelektroden und hat eine Länge von etwa 80 cm zwischen den Elektroden, längs der Röhrenachse gemessen, Die Röhre enthält etwa 500 mg Natriummetall und eine Neongasfüllung von etwa 6 mm Hg-Druck bei Zimmertemperatur, der etwa 1 Vol. % Argon zugesetzt ist.
Die im normalen Betriebe bei einem Röhrenstrom von etwa 0, 9 A etwa 130 Watt aufnehmende Röhre hat eine Röhrenspannung von etwa 155 Volt, einen Spannungsverlust an den Glühelektroden von etwa 15 Volt und demnach einen Gradienten von etwa 1, 75 Volt pro Zentimeter in der positiven Säule ; sie erreicht eine Lebensdauer von etwa 6000 Betriebsstunden.
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Wenn die Lampe mit einem höheren Gradienten als 2, 5 Volt/cm hergestellt wird, so muss bei gleicher Glaszusammensetzung und Edelgaszusammensetzung der Druck wenigstens 9 mm betragen, um die gleiche Lebensdauer zu erreichen. Wird in diesem Falle ein Fülldruck von 6 mm verwendet, so beträgt die Lebensdauer etwa 2500 Betriebsstunden.
Die im Ausführungsbeispiel beschriebene Lampe erreicht im Anfang ihrer Lebensdauer eine Lichtausbeute von etwa 103 Lumen pro Watt und hat nach 4000 Betriebsstunden noch eine Lichtausbeute von etwa 94 Lumen pro Watt. Das Natrium bleibt während dieser Lebensdauer längs der ganzen Röhrenwand verteilt.
Wird die gleiche Röhre mit einem Druck von 9 mm gefüllt, so betragen diese Werte etwa 97 Lumen pro Watt bzw. etwa 81 Lumen pro Watt. Während der Lebensdauer von etwa 4000 Brennstunden findet eine deutliche Verschiebung des Natriums längs der Röhrenwand statt.
Anstatt eines Ne-Ar Gemisches können auch andere Gemische, z. B. Ne-Xe oder Ne-Ar-Xe, mit ähnlichen Ergebnissen verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Natriumdampfentladungsröhre mit positiver Säule, welche eine Edelgasfüllung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelgasdruck bei Zimmertemperatur zwischen 1 und 8 mm Quecksilbersäule und der Gradient in der positiven Säule zwischen 0,25 und 2, 5 Volt pro Zentimeter liegt.