DE1005184B - Elektrische Gasentladungsvorrichtung, insbesondere Quecksilberdampf-Hochdrucklampe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine elektrische Gasentladungsvorrichtung, insbesondere Quecksilberdampf-Hochdrucklampe, mit einem Entladungsgefäß aus Quarz, welches von einem äußeren Glaskolben luftdicht umschlossen ist, wobei der Zwischenraum evakuiert oder mit einem inerten Gas gefüllt ist.

Das inerte Gas ist vorzugsweise Stickstoff; es dient als Wärmeaustauschmittel und verhindert eine Oxydation der Dichtungen und der Metallteile.

Während des Betriebes solcher Quecksilberdampf-Hochdruckentladungsvorrichtungen und-lampen traten oft beträchtliche Störungen durch die Entwicklung von Wasserstoff auf. Nach längerem Betrieb stellte man dann innerhalb des Entladungsgefäßes Wasserstoff fest, obgleich die Quelle des Wasserstoffes nicht be~ kannt war. Man kann annehmen, daß der größte Teil dieses Wasserstoffes, bei den hohen Betriebstemperaturen von 600 bis 900° C aus dem Zwischenraum zwischen Entladungsgefäß und Glaskolben durch den Quarz 'hindurchdiffundiert. Er verursacht eine Schwärzung des Entladungsgefäßes, erhöht die Zündspannung und die Arbeitsspannung der Lampe und verringert die Lebensdauer, die Helligkeitskonstan'z und: den Wirkungsgrad der Vorrichtung.

Die Quelle dieses Wasserstoffes konnte bisher nicht eindeutig ermittelt werden. Ungeachtet dessen mußte jedoch danach gestrebt werden, die Lebensdauer zu erhöhen und während dieser Lebensdauer die Helligkeit und den Wirkungsgrad konstant zu halten. Es war daher notwendig, dieses Problem unabhängig von der Frage der Wasserstoffquelle zu lösen.

Bei Gasentladungsvorrichtungen der in Frage stehenden Bauart ist gemäß der Erfindung ein Teil der Wand des äußeren Glaskolbens ein Diaphragma, das aus einem bei der normalen Arbeitstemperatur der Vorrichtung praktisch nur wasserstoffdurchläs'sigen Material besteht. Das Diaphragma nimmt also während des Betriebes der Lampe eine erhöhte Temperatur an; Werkstoff und Ort der Anbringung des Diaphragmas sind dabei so gewählt, daß bei Betrieb der Lampe die erwähnte Wasserstoffdurchlässigkeit auftritt. Diese Wasserstoffdurchlässigkeit ermöglicht den Ausgleich des Wasserstoffes zwischen der äußeren Atmosphäre und dem Zwischenraum zwischen Entladungsgefäß und Glaskolben. Da der Wasserstoffpartialdruck in der äußeren Atmosphäre praktisch gleich Null ist, bedeutet dies, daß durch das verwendete Diaphragma auch der Wasserstoffpartialdruck in dem Zwischenraum praktisch auf Null gebracht werden kann, und zwar unabhängig davon, wo sich die Wasserstoffquelle tatsächlich befindet.

Die praktische Ausführung des Diaphragmas kann verschiedene Gestalt annehmen, z. B. eine Palladiumscheibe oder ein sonstiges Palladiumdiaphragma, das

Elektrische Gasentladungsvorrichtung,
insbesondere Quecksilberdampf-Hochdrucklampe

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Klose, Patentanwalt,
Mannheim O 6,7 (Planken)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. April 1953

William Franklin Hodge, Lundhurst, Ohio (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

in den äußeren Kolben eingeschmolzen ist, oder eine Palliadiumscheibenkonstruktion, die in einen Quetschfuß eingeschmolzen ist und in Verbindung mit der äußeren Atmosphäre steht, oder ein dünnes Quarzrohr, welches sich in den Raum zwischen dem Entladungsgefäß und¹ dem äußeren Glaskolben erstreckt, aber in Verbindung mit der den Glaskolben umgebenden, äußeren Atmosphäre steht. Das für Wasserstoff durchlässige Diaphragma, das auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen 'kann, wird vorzugsweise in eine solche Stellung gebracht, in der es die höchste Temperatur einnimmt, welche bei der normalen Arbeitsweise der Vorrichtung auftreten kann, weil die Wasserstoffdurchlässigkeit von Diaphragmen mit der Temperatur steigt.

Die erfmdüngsgemäße Vorrichtung überführt den Wasserstoff an sich nur aus dem Zwischenraum z\vischen Glaskolben und Entladungsgeifäß in die äußere Atmosphäre'. Da aber andererseits das aus Quarz bestehende Entladungsrohr selbst bei der Betriebstemperatur ebenfalls für Wasserstoff durchlässig ist, so wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung· gleichzeitig auch indirekt etwa vorhandener Wasserstoff aus dem Entladungsraum selbst in die äußere Atmo-Sphäre gebracht.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. In diesen ist

Fig. 1 eine Ansicht einer Queckailber-Hochdrucklampe gemäß einem Ausfüihrungsbeispiel der Erfin-

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Die Darstellungen der Fig. 3 sollen eine Möglichkeit

andeuten, wie die Palladiumdiaphragmakonstruktion zusammengebaut, in den Glaskolben 1 eingebracht und mit diesem verschmolzen werden kann. Der Eisens 5 Nickel-Ko^;balt-Ring 30 wird in einer passenden reduzierenden Atmosphäre, wie z. B. in einem Wasserstoffofen oder 'durch Induktion, erhitzt, und das PaI-ladiiumdiiaphxagma 32 -wird mit ihm vorzugsweise unter Zwischenfügung des Kupferringeis 33 bart ver-

geschmolzen ist,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform, bei der ein Palladiumrohr in einen nach innen vorstehenden Teil des äußeren Kolbens eingeschmolzen ist,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsrfbrm, bei der eine Palladiumscheibe mit der Fußquetschung mittels eines Glaerohres verbunden ist, das in Verbindung mit der Atmosphäre steht,

dung, bei dem eine Palladiumseheibe oder ein Palladiumdiaphragma in das Ende des äußeren Kolbens eingeschmolzen ist,

Fig. 2 eine Teilansicht der Anordnung des Palladiumdiaphragmas,

Fig. 3 einzelne Stufen eines zum Einbau der PaI-ladiiumscheibe gemäß Fig. 1 und 2 geeigneten Verfahrens,

Fig. 4 und 5 Ausführungsformen mit anderen Anordnungen, bei denen die Palladiumscheibe in den io lötet. Die reduzierende Atmosphäre ist notwendig, um äußeren Kolben aus Bleiglas oder Kalkglas ein- eine saubere Verbindung zu erhalten. Der so zusammengebaute Teil ist in der Mitte der Fig. 3 dargestellt. Die Stärke des Palladiumsdiaphragmas 32 liegt vorzugsweise zwischen etwa 25 und 75 Mikron, und sein 15 Durchmesser kann in der Gegend von 11 mm bei einer 400-Watt-Lampe der Bauart EH-I liegen.

Das Verschmelzen des Ringes 30 mit dem Kolben 1 kann in folgender Weise durchgeführt werden: Die hart verlötete, den Ring 30 mit dem daran befestigten

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ao PalladiLumdiiaphragnia 32 enthaltende Einrichtung aim dünnwandiges Quarzrohr an einen nach innen wird zunächst mit dem Glasrohr 34 verschmolzen, gerichteten Ansatzteil 'des äußeren Kolbens an- deren eines Ende einen dem Ring 30 entsprechenden geschlossen ist und sich, in die unmittelbare Nähe des Durchmesser hat und dann in einen Stiel ausläuft. Entladungsgefäßes erstreckt, so daß es bei Arbeits- Die Zusammensetzung dieses Glasrohres sollte natürtemperatur der Vorrichtung als Mittel dient, durch 35 lieh dem Wärmeausdehnungskoeffizienten nicht nur welches der Wasserstoff aus dem Innenraum des des Ringes 30., sondern auch demjenigen -des Glasäußeren Kolbens in die umgebende Atmosphäre kolbens 1 angepaßt sein. (Im Bedarfsfall kann das diffundieren kann. Rohr 34 mit einem P ruf gas gefüllt werden, um die

In Fig. 1 ist eine Quecksidber-Hocihdirucklampedar- Dichtigkeit der Einrichtung zu prüfen, und wird !hergestellt, und zwar handelt es sich um eine 400-Watt- 30 bei am Ende 35 abgeschmolzen.) Die Kappenanord!- Lampe der Bauart, die üblicherweise als Bauart EH-I nung und das Rohr werden dann in den nach innen bezeichnet wird. Das innere, aus Quarz bestehende vorstehenden Teil 29 des Kolbens 1 eingeschmolzen, Entladungsgefäß 3 ist von einem äußeren Glaskolben 1 wobei das stielförmige Ende zur Halterung während umschlossen. Um den innerhalb des Kolbens 1 während der Einschmelzung dient und danach abgetrennt wird, des normalen Lampenbetriebes erzeugten Wasserstoff 35 Im äußeren Kolben 1 wird vorzugsweise eine Stickin die umgebende' Atmosphäre diffundieren zu lassen, stoffülhing bei einem Druck von etwa 450 bis 500 mm ist am einen Ende (im vorliegenden Fall am unteren
Ende) des Glaskolbens 1, der entweder aus Hartglas
oder aus hitzebeständigem Glas oder auch aus Weichglas oder Natriumkal'kglas bestehen kann, ein Dia- 40
phragma vorgesehen, welches bei der normalen
Arbeitstemperatur der Lampe praktisch nur Wasserstoff hindurchdiffundieren. läßt. Ein geeignetes, das
Diaphragma enthaltendes Mittel ist genauer in Fig. 2

dargestellt. Der Kolben 1 weist einen nach innen vor- 45 kappe 36 aus Chrom oder Eisen mit einer zentralen stehenden Teil29 auf, an welchem ein Metallring oder Öffnung wird mit dem Kolben 1 verschmolzen, wobei Metallbund 30 angeschmolzen ist, der vorzugsweise vorher ein Palladiumdiaphragma 37 auf die Kappenaus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung besteht, Öffnung hart aufgelötet ist.

falls der äußere Kolben 1 aus Hartglas hergestellt ist. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausf ührungsform für die

Der mit dam vorstehenden Teil 29 verschmolzene 50 in Fig. 1 dargestellte Anordnung, bei der eine mit Rand des Ringes 30 ist vorzugsweise angeschärft, um einer zentralen Öffnung versehene Metallkappe 38 und das Einschmelzen zu erleichtern und die Entstehung ein daran befestigtes Palladiumdiapbragma 39 gegenvon Spannungen an der Schmelzstelle zu verhindern über der Stellung der Fig. 4 umgedreht sind, oder zu verringern. Im Ring 30 ist ein Flansch 31 vor- Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform

gesehen, an welchem eine Paliladiumscheibe oder ein 55 der Erfindung ist ein nach innen vorstehender Teil 40 Palladiumdiaphragma 32 befestigt oder hart angelötet des Kolbens 1 vorgesehen, mit welchem eine Stufenist. Diese Palladiumscheibe ist bei erhöhter Tempe- verschmelzung verbunden ist. Eine solche Stufenverratur für Wasserstoff durchlässig, und sie dient daher Schmelzung besteht in bekannter Weise aus mehreren dazu, den Ausgleich des Wasserstoffpartialdruckes glasartigen Stoffen oder Gläsern mit sich fortschreizwischen dem Innenraum des Kolbens 1 und der 60 tend änderndem Wärmeausdehnungskoeffizienten, um diesen umgebenden Atmosphäre zu ermöglichen. Da so als Übergang zwischen dem Ausdehnungskoefder Wasserstoffpartialdruck in der gewöhnlichen fizienten des Kolbens 1 und dem Material bzw. dem Atmosphäre sehr klein ist, wird ein. großer Teil des Metall zu dienen, welches hiermit verschmolzen bei. Betrieb der Lampe erzeugten Wasserstoffes an werden soll. Ein Paldadiumröhrchen 41, dessen nach die umgebende Atmosphäre abgegeben. Mit anderen 65 innen gerichtetes Ende 42 geschlossen, und dessen Worten, die Menge des innerhalb des Kolbens 1 ver- nach außen gerichtetes Ende 43 offen ist und die Verbleibenden Wasserstoffes wird auf einem niedrigen bindung mit der umgebenden Atmosphäre bildet, Wert gehalten bzw. auf einem Wert, der diie Arbeits- wird hier als Diaphragma verwendet. Das Palladiumweise oder die Lebensdauer der Lampe nicht störend röhrchen 41 ist mit dem Kolben 1 über die Stufenverbeeinflußt. . 70 Schmelzung verbunden und dient als Mittel, um

Quecksilbersäule benutzt, so· daß während des normalen Betriebes der Stickstoffdrack etwa 1 Atmosphäre beträgt.

Die Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4 zeigt eine Konstruktion, die an Stelle des nach innen vorstehenden Teiles des äußeren Kolbens 1 benutzt werden kann. Bei der Anordnung der Fig. 4 wird Blei- oder Kalkglas verwendet, und eine flache Metall-

Wasserstoff aus dem Raum innerhalb des Kolbens 1 in die umgebende Atmosphäre diffundieren zu lassen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 7 weist ein Diaphragma in Form einer Palladiiumscheibe 44 auf, die hart auf eine Chrom-Eisen-Scheibe 45 aufgelötet ist, welche mit einer Öffnung versehen ist und ihrerseits mit einem Flansohglasrohr 46 verschmolzen wurde. Das äußere Ende 47 dieses. Glasrohres 46 ist offen und steht in Verbindung mit der umgebendien Atmosphäre. Das Glasrohr 46 durchsetzt die Fußquetschung 48 der Lampe, die außerdem als Quetschung für die Stromzuführungsdrähte 49 und 50 dient, welche in ihrer Funktion den Stromzuführungsdräihten der Anordnung gemäß Fig. 1 entsprechen. Bei dieser Ausführungsform diffundiert der Wasserstoff ebenfalls durch die Palladiumseheibe 44, um so den Kolben 1 praktisch frei von unerwünschtem Wasserstoff zu halten. Der bei diesem Fuß verwendete Sockel darf naturgemäß dabei nicht abgedichtet sein.

Statt Metall, wie Palladium, zu benutzen, um den ao Wasserstoff in die umgebende Atmosphäre diffundieren zu lassen, kann auch gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 ein dünnwandiges Quarzrohr 51 benutzt werden, das sich, in den. äußeren Kolben 1 bis in die unmittelbare Nachbarschaft des Entladungsgefäßes 52 erstreckt. Das Quarzrohr 51 ist mit dem Kolben 1 vorzugsweise über eine Stufenverschmelzung 53 verbunden, die ihrerseits an einen nach innen vorstehenden Teil 54 des Kolbens 1 angeschmolzen ist. Das dünnwandige Quarzrohr ist so in die unmittelbare Nähe des Entladungsgefäßes gebracht, daß es bei den normalen Arbeitstemperaturen der Lampe für Wasserstoff durchlässig ist und der entstehende Wasserstoff durch dieses Rohr hinduroh in die umgebende Atmosphäre diffundiert.

Gemäß der Erfindung gebaute Lampen, insbesondere die AuS'fühirungsformen gemäß den Fig. 1 und 2, geben nach den Beobachtungen wesentliche Verbesserungen der Lebensdauer, der Helligkeitskonstanz und des Wirkungsgrades. Mit den Lampen durchgeführte Versuche, einschließlich Versuche zur Messung der Lebensdiauer, haben gezeigt, daß Lampen mit Pal· ladiumdiaphragma keine Neigung dazu zeigen, ihre Zündspannung während der Lebensdauer zu ändern. Ve-rgleichslampen ohne Diaphragmen, mit denen die Palladium-Diaphragma-Lampen verglichen wurden, zeigten statt dessen einen Anstieg der Zündspannung gegen das Ende der Lebensdauer, wie er für Lampen mit merklichem Wasserstoffgehalt innerhalb des Emtladiungsgefäßes charakteristisch ist.

Bisher zeigten Quecksilberdampf-Hochdruckentladiungslampen mit merklichem Wasserstoffgehalt eine bräunliche Verfärbung, die eine Folge der Reduktion von Siiliciumdioxyd zu Siliciumoxyd durch den Einfluß des Wasserstoffes war. Lampen mit Palladiumdiiaphragmen wurden am Ende einer 6500 Stunden betragenden Lebensdauerprüfung untersucht. Während die Vergleichsentladungslampen ohne Diaphragmen an ihren Enden etwas verfärbt waren und nur während des horizontalen Brennens des Lichtbogenrohres eine geringe weißeEntglasung festgestellt wurde, wurde bei den Lampen nach der Erfindung keine braune oder gelbe Verfärbung und nur Anzeichen eines minimalen oder vernachlässigbaren Betrages von Wasserstoff innerhalb der Lampe festgestellt.

Von dien Lampen, die am Ende der 6500 Stunden geprüft wurden, zeigten diejenigen mit PaMadiumdiaphragma einen im wesentlichen konstanten Wirkungsgrad von 41,4 Lumen je Watt, während, dlie Vergleichs lampen ohne Diaphragmen gemäß frühe^ ren Anordnungen einen Wirkungsgrad von nur 26,1 Lumen je Watt zeigten, Einige der geprüften Lampen nach der Erfindung zeigten eine befriedigende Arbeitsweise bei Lebensdauer von mehr als 9000 Stunden. Dies ist insbesondere bedeutungsvoll unter Berücksichtigung der Tatsache, daß viele gemäß der früheren Bauart hergestellten Lampen selbst bei Vornahme von Verbesserungen bereits bei 6000 Stundien oder weniger ausfielen.

Es ist bekannt, daß die Geschwindigkeit der Erzeugung des unerwünschten Wasserstoffes innerhalb einer Lampe kleiner ist, wenn der die Lampe umschließende äußere Kolben aus Weichgilas besteht. Dies bedeutet jedoch nicht, daß die vorliegende Erfindung nicht auch mit Erfolg bei Lampenkonstruktionen mit äußerem Kolben aus Weichglas benutzt werden könnte. Ohne Frage Hegt jedoch der Hauptvorteil in wirtschaftlicher Beziehung in der Verwendung der wasserstoffdurchlässigen Mittel bei Lampen, bei denen das Entladungsgefäß von Hartglaskolben umschlossen ist, insbesondere wenn es wünschenswert ist, die Vorteile zu erhalten, die auftreten, wenn man hitzebeständiges oder Hartglas verwendet.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrische Gasentladungsvorrichtung, insbesondere Quecksilberdampf - Hochctrtucklampe, mit einem Entladungsgefäß aus Quarz, welches von einem äußeren Glaskolben luftdicht umschlossen ist, wobei der Zwischenraum evakuiert oder mit einem inerten Gas gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wand dies äußeren Glaskolbens ein Diaphragma ist, das aus einem bei der normalen ArbeitstemperatUir der Vorrichtung praktisch nur wasserstoffdurchilässigen Material besteht.

2. Elektrische Gasmtladungsvorriohtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserstoffdurchlässige Diaphragma aus Palladium besteht.

3. Elektrische Entladungs vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Palladiumdiaphragma mittels eines Metallringes dicht mit einem nach innen vorstehenden Teil des äußeren Kolbens verbunden ist.

4. Elektrische Entladungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch' gekennzeichnet, daß das Palladiumdiaphragma die Gestalt eines kleinen Rohres hat.

5. Elektrische Entladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dkß der wasserstoffdurchlässige Teil durch ein dünnwandiges Quarzrohr gebildet ist, welches mit dem äußeren Glaskolben vakuumdicht verbunden ist und sich in die unmittelbare Nachbarschaft des inneren Quarzkolbens erstreckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 609 866/329 3.57