CH381769A - Electric noble gas high pressure discharge lamp - Google Patents

Electric noble gas high pressure discharge lamp

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CH381769A
CH381769A CH720360A CH720360A CH381769A CH 381769 A CH381769 A CH 381769A CH 720360 A CH720360 A CH 720360A CH 720360 A CH720360 A CH 720360A CH 381769 A CH381769 A CH 381769A
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CH
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lamps
noble gas
mercury
electric
pressure
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CH720360A
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German (de)
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Horst Dipl Ing Grabner
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Patent Treuhand Ges Fuer Elektrische Gluehlampen Mbh
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Description

       

  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.


    

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Elektrische Edelgas-Hochdruck-Entladungslampe für Dauerbetrieb, bei der der Elektrodenabstand min destens das Doppelte der lichten Weite des Entla dungsgefässes beträgt, nach dem Patentanspruch des Hauptpatentes, dadurch gekennzeichnet, dass als Zu satz zur Edelgasfüllung Quecksilber in einer Menge von 0,01 mg/cm3 bis zu 0,7 mg/cm3 im Entladungs gefäss enthalten ist, wobei die Stromdichte der Ent ladung mehr als 2 A/Cm= beträgt. PATENT CLAIM 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, according to the claim of the main patent, characterized in that as an additive to the noble gas filling, mercury in an amount of 0.01 mg / cm3 up to 0.7 mg / cm3 is contained in the discharge vessel, whereby the current density of the discharge is more than 2 A / Cm =.
CH720360A 1957-09-17 1960-06-24 Electric noble gas high pressure discharge lamp CH381769A (en)

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