Elektrische Edelgas-Hochdruck-Entladungslampe Im Hauptpatent ist eine elektrische Edelgas- Hochdruck-Entladungslampe für Dauerbetrieb, bei der der Elektrodenabstand mindestens das Doppelte der lichten Weite des Entladungsgefässes beträgt und die ein Entladungsgefäss aus einem trans parenten, thermisch wenigstens wie Quarzglas be lastbaren Material besteht.
Diese Lampe weist zur Erzielung einer wandstabilen Entladung unter Fort fall jeglicher künstlicher Kühlung eine elektrische Lei stungskonzentration zwischen 5 und 200 W/cm3 auf, und der auf eine Lampe ohne Totraum reduzierte Gasfülldruck liegt zwischen 5 und 350 Torr. Die Edelgasfüllung kann Zusätze u. a. von Metalldämpfen enthalten.
Es ist zwar bekannt, in Edelgas-Hochdruck-Ent- ladungslampen Metalldämpfe, z. B. Quecksilber, zu sätzlich einzufüllen, doch handelt es sich dabei meistum die seit langem bekannten kugelförmigen Hochdruck- Entladungslampen, bei denen der Abstand der Elek troden nur einen Bruchteil des Kolbendurchmessers beträgt. Diese Lampen enthalten eine Edelgasfüllung unter hohem Druck von mehreren Atmosphären und brennen nicht wandstabilisiert.
Daneben sind auch Edelgas-Hochdruck-Entladungslampen mit Quecksil berzusatz bekannt, bei denen bei einem Innendurch messer 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 meh reren Atmosphären. Ausser den erwähnten Lampen sind für die Belichtung lichtempfindlicher Papiere langgestreckte Hochdruck-Gasentladungslampen ge baut worden, die Quecksilber und ein Edelgas, u. a. Xenon, als Zündgas enthalten.
Diese Lampen haben relativ kleine Leistungsaufnahmen von etwa 3 kW und weniger und werden mit nur geringen Strom- stärken betrieben, so dass die mittleren Stromdichten unter 1 A/cm2 liegen. Entsprechend ihrem Verwen dungszweck sind die Lampen so ausgelegt, dass eine Strahlungsausbeute an langwelligem UV mit hoher Konstanz erzielt wird.
Die Lampen nach der Erfindung enthalten im Entladungsgefäss als Zusatz zur Edelgasfüllung Queck silber in einer Menge von 0,01 mg/cm3 bis zu 0,7 mg/cm3, wobei die Stromdichte mehr als 2 A/cm= beträgt.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Queck- silber-Langbogenlampen mit Xenon als Zündgas, die maximal für Leistungsaufnahmen bis zu 3 kW vor gesehen sind und mit niedrigen Stromstärken betrie ben werden, ist der Lampentyp nach der Erfindung zweckmässig für stromstarke Lampen höherer Lei stungsaufnahme bestimmt. Die obere Grenze der zu zusetzenden Menge an Quecksilber von 0,7 mg/cm3 kann, bedingt durch die Ausführungsformen von Lampen, herab bis zu Leistungsaufnahmen von 3 kW betragen, da mit abnehmender Leistungsaufnahme und kleinerem Rohrdurchmesser eine grössere Menge an Quecksilber erforderlich ist, um zu optimaler Lichtausbeute zu gelangen.
Wie im Hauptpatent schon ausführlich beschrie ben wurde, zeigen diese Lampen trotz des relativ niedrigen Edelgasfülldruckes von weniger als 350 Torr ausgesprochenen Hochdruckcharakter. Gegen über den davor bekannten Lampen mit u. a. hohen Drucken, geringen Stromstärken, kleinen Entladungs querschnitten, hohen Leistungskonzentrationen kön nen mit den Lampen nach dem Hauptpatent nahezu die gleichen Lichtausbeuten mit niedriger Leistungs konzentration, niedrigem Druck und Wandstabilisie rung erreicht werden, wenn man mit höheren Strom stärken und grossen Bogendurchmessern arbeitet.
Wird nun der Edelgasfüllung der Lampen nach dem Hauptpatent das Quecksilber zugesetzt, so bleibt der Hochdruckcharakter der Lampen erhalten, d. h. die Temperatur von etwa 7000 K, wie sie für die Lampen nach dem Hauptpatent 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 über raschend 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 pro Kubik zentimeter, die Lichtausbeute laufend zu. Im Gegen satz dazu findet bei den Lampen gemäss der Erfin dung im Anfang eine schnelle Zunahme der Licht ausbeute statt, die aber schon bei kleinem Quecksil berzusatz, also bei verhältnismässig niedrigem Be triebsdruck in ein Gebiet nahezu konstanter, maxi maler Ausbeute übergeht.
In der Abbildung ist für ein Ausführungsbeispiel der Lampe nach der Erfindung die Abhängigkeit der Lichtausbeute und des Gradienten von der zugesetz ten Quecksilbermenge dargestellt. Die Lampe hat einen Rohrdurchmesser von 30 mm; sie enthält als Edelgas eine Xenonfüllung mit einem Fülldruck von 100 Torr, der einem reduzierten Fülldruck von etwa 70 Torr entspricht.
Bei konstant gehaltener Bogen leistung von<B>170</B> W/ cm ergibt sich für eine Lampen länge von 120 cm eine Leistungsaufnahme von unge fähr 20 kW und eine Leistungskonzentration von etwa 6 W/cm3. Die Stromdichte beträgt etwa 6 A/cm=. Die Kurven lassen erkennen, dass mit zunehmendem Quecksilbergehalt der Gradient anwächst. Im Bereich des ansteigenden Spannungsgradienten wachsen zu nächst gleichzeitig auch die Lichtstärke bzw. der Lichtstrom schnell an.
Bereits schon bei einer Füll menge von 0,2 mg Hg/cm3, die etwa einem Queck- silberbetriebsdruck von nur 200 Torr entspricht, er reicht die Lichtausbeute fast ihren Höchstwert. Bei weiterer Erhöhung des Quecksilberzusatzes nimmt die Lichtausbeute praktisch nicht mehr zu.
Es ergibt sich demnach eine Xenon-Quecksilber- Entladung niedrigen Druckes und hoher Gastempe ratur mit einer Lichtausbeute wie bei einer Höchst- druck-Quecksilberdampf-Entladungslampe. Die Lam pen lassen sich für beliebig hohe Leistungen herstel len. 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 Edelgasfüllung bei gleicher Lei stungsaufnahme noch weit höhere Lichtströme erzie len.
Electric noble gas high pressure discharge lamp The main patent is an electric noble gas high pressure discharge lamp for continuous operation, in which the electrode spacing is at least twice the clear width of the discharge vessel and which consists of a transparent material that is at least thermally resilient like quartz glass.
This lamp has an electrical power concentration between 5 and 200 W / cm3 to achieve a stable discharge without any artificial cooling, and the gas filling pressure reduced to a lamp without dead space is between 5 and 350 Torr. The inert gas filling can include additives. a. contained by metal fumes.
It is known to use metal vapors in noble gas high pressure discharge lamps, e.g. B. mercury to fill in addition, but it is mostly the long-known spherical high-pressure discharge lamps, in which the distance between the electrodes is only a fraction of the bulb diameter. These lamps contain an inert gas filling under high pressure of several atmospheres and do not burn in a wall-stabilized manner.
In addition, noble gas high-pressure discharge lamps with mercury berzusatz are known in which the electrode spacing is a few centimeters with an inner diameter of the lamp bulb of a few millimeters. But even with these lamps, the noble gas is already under a pressure of several atmospheres at room temperature. In addition to the lamps mentioned, elongated high-pressure gas discharge lamps have been built for the exposure of photosensitive papers, the mercury and a noble gas, u. a. Xenon, contained as ignition gas.
These lamps have relatively low power consumption of around 3 kW and less and are operated with only low currents, so that the average current densities are below 1 A / cm2. In accordance with their intended use, the lamps are designed in such a way that a radiation yield of long-wave UV is achieved with a high degree of constancy.
The lamps according to the invention contain mercury in the discharge vessel as an additive to the inert gas filling in an amount of 0.01 mg / cm3 to 0.7 mg / cm3, the current density being more than 2 A / cm =.
In contrast to the previously known mercury long-arc lamps with xenon as ignition gas, which are seen at a maximum for power consumption up to 3 kW and are operated with low currents, the lamp type according to the invention is useful for high-current lamps with higher power consumption. The upper limit of the amount of mercury to be added of 0.7 mg / cm3, depending on the design of the lamps, can be down to a power consumption of 3 kW, since a larger amount of mercury is required with decreasing power consumption and smaller tube diameter to achieve optimal light output.
As already described in detail in the main patent, these lamps show a pronounced high-pressure character despite the relatively low noble gas filling pressure of less than 350 Torr. Compared to the previously known lamps with u. a. With high pressures, low currents, small discharge cross-sections and high power concentrations, the lamps according to the main patent can achieve almost the same luminous efficacy with low power concentration, low pressure and wall stabilization if you work with higher currents and large arc diameters.
If the mercury is now added to the inert gas filling of the lamps according to the main patent, the high pressure character of the lamps is retained, i.e. H. the temperature of about 7000 K, as specified for the lamps according to the main patent, does not change. The gradient is increased by the addition of mercury; the light output is not only retained, but also increases. In the case of the lamps according to the invention, it turned out to be surprising and new that the course of the increase in light output is completely different from that of the previously known mercury long-arc lamps with xenon as the ignition gas. In the case of the last-mentioned lamps, with increasing pressure, i. H.
So with an increasing amount of mercury per cubic centimeter, the light yield increases continuously. In contrast, with the lamps according to the invention, there is a rapid increase in light output at the beginning, which, however, changes to an area of almost constant, maximum output even with a small addition of mercury, i.e. at a relatively low operating pressure.
In the figure, the dependence of the light output and the gradient on the added amount of mercury is shown for an embodiment of the lamp according to the invention. The lamp has a tube diameter of 30 mm; As a noble gas, it contains a xenon filling with a filling pressure of 100 Torr, which corresponds to a reduced filling pressure of about 70 Torr.
If the arc power of <B> 170 </B> W / cm is kept constant, a lamp length of 120 cm results in a power consumption of around 20 kW and a power concentration of around 6 W / cm3. The current density is about 6 A / cm =. The curves show that the gradient increases with increasing mercury content. In the area of the increasing voltage gradient, the luminous intensity or the luminous flux also increase rapidly at the same time.
Already at a filling quantity of 0.2 mg Hg / cm3, which corresponds roughly to an operating pressure of mercury of only 200 Torr, the light yield is almost at its maximum value. With a further increase in the addition of mercury, the light yield practically no longer increases.
This results in a xenon-mercury discharge at low pressure and high gas temperature with a light output like that of a high-pressure mercury vapor discharge lamp. The lamps can be manufactured for any high output. While lamps with pure noble gas filling at high power consumption, z. B. 65 kW, a luminous flux of over two million lumens can be achieved with lamps according to the invention with the addition of mercury for noble gas filling with the same Lei stungsaufnahme even higher luminous fluxes.