DE1011518B - Elektrische Hochdruckentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Hochdruckentladungslampe gedrungener Bauart.

Im Gegensatz zu Entladungslampen von rohrförmiger und kapillarer Bauart ist bei Lampen gedrungener Bauart das Hüllgefäß im wesentlichen kugelförmig ausgebildet, wobei die Entladungsstrecke wenige Millimeter bis zu etwa 2 cm Länge beträgt. Die Elektroden sind bei dieser Bauart sehr hohen Stromdichten ausgesetzt, und die Verdampfungsgeschwindigkeit des Elektrodenmetalls ist insbesondere während des Einschaltens, wenn die Elektroden noch kalt sind, sehr hoch. Hierdurch werden die Wandungen der Hüllgefäße, z. B. lichtdurchlässiger Hüllgefäße aus geschmolzener Kieselerde, geschmolzenem Quarz oder anderen Gläsern von hohem Schmelzpunkt, geschwärzt, wodurch die Lichtausbeute der Lampen sinkt. Die Verdampfungsgeschwindigkeit der Elektrode ist deshalb für die Lebensdauer der Lampe entscheidend.

Im allgemeinen- verwendet man als Elektrodenmaterial Wolfram. Das Elektronenemissionsvermögen von Wolfram nimmt mit steigender Temperatur enorm zu und ist in der Nähe des Schmelzpunktes etwa 10^umal größer als bei etwa 25° C. Die in Lampen gedrungener Bauart mit derartigen Elektroden entwickelten Temperaturen sind außerordentlich hoch und liegen z.B. zwischen etwa 5000 und 11000° Kelvin. Wolfram schmilzt indessen bei 3643° K, so daß die Elektroden schmelzen würden, wenn man ihnen nicht eine solche Form geben würde, daß die durch die Entladung entwickelte Wärme durch Strahlung und Leitung abgeführt wird.

Gewöhnlich werden für Lampen gedrungener Bauart im Vergleich zu den anderen Lampentypen mit Hüllgefäßen vergleichbarer Größe massive Elektroden verwendet, um große Strahlungsflächen zu erhalten, weil die Strahlung eine Funktion der Oberfläche ist. Massive Elektroden sind jedoch insofern nachteilig, als das Emissionsvermögen zu Beginn gering ist und Wolfram leicht versprüht, wobei das Ausmaß des Versprühens zum Teil von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher sich das Metall erwärmt. Bei gleicher Stromstärke erwärmt sich eine massive Elektrode langsamer als eine Elektrode von wesentlich geringerer Größe, versprüht deshalb mehr und schwärzt das Hüllgefäß während der Anwärmzeit schneller als eine kleinere Elektrode.

Elektroden von geringerer Masse als massive Elektroden erhitzen sich zwar schneller und versprühen weniger, verdampfen aber schneller, sobald sie erhitzt sind, und schwärzen infolgedessen das Hüllgefäß nach erfolgter Anwärmung schneller. Infolgedessen haben Lampen mit derartigen Elektroden eine kürzere Lebensdauer als Lampen mit massiveren Elektroden.

Elektrische Hochdruckentladungslampe

Anmelder:

Hanovia Chemical and Manufacturing
Company, Newark, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 11. Januar 1951

David L. Hilder, Allentown, Pa.,

und Revere H. Robertson, Westfield, N. J. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Deshalb stellt die Form der Elektroden bei Lampen gedrungener Bauart einen Kompromiß zwischen der Geschwindigkeit des Versprühens während des Anwärmens und der Verdampfung nach erfolgter Anwärmung dar.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und eine Hochdruckentladungslampe mit einer Elektrode zu schaffen, welche die Vorteile massiver Elektroden mit denen von Elektroden geringerer Masse in sich vereinigt.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die elektrische Hochdruckentladungslampe gedrungener Bauart aus einem im wesentlichen kugelförmigen glasartigen Hüllgefäß besteht, welches den mit einer ionisierbaren Atmosphäre gefüllten Entladungsraum umschließt und mit einem Paar rohrförmiger, glasartiger, nach außen gerichteter Ansatzstücke ausgerüstet ist und in welchem man zwei massive stabförmige Elektroden verwendet und diese selbst zur wirksamen Wärmeableitung benutzt, indem man sie ohne Querschnittverminderung so weit nach außen führt, daß sie mindestens dreimal so lang wie der Innenhalbmesser des Hüllgefäßes sind und ihr längerer Teil von einem Ansatzstück des Hüllgefäßes umschlossen wird, so daß nur der kürzere Teil in den Entladungsraum hineinragt und zwischen den Enden der beiden Stäbe ein Entladungsbogen erzeugt werden kann, während auf diesem Hauptelektrodenpaar in leitender Verbindung mit ihnen zwei Hilfselektrodenpaare angebracht sind, welche die Lampe trotz der guten Wärmeableitung so schnell zünden, daß während des Anwärmens kein merkliches Ver-

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sprühen erfolgt, derart, daß auf dem Hauptelektrodenpaar ein erstes und ein zweites Hilfselektrodenpaaf angebracht ist, wobei das zweite Hilfselektrqdenpaar eine geringere Masse als das Hauptelektrodenpaar hat undin einer Entfernung ,von den Innenenden, des.. Hauptelektrodenpaares angeordnet' "ist, * das."""erste ' Hidfsele'ktrodenpaar eine geringere Masse als das zweite Hilfselektrpdenpgar j hat -und zwischen der Innenwandung des Hüllgefäßes und mindestens einem

hineinragt/überhitzen sich die am Entladungsbogen liegenden Teile der Elektrode, schmelzen möglicherweise und verdampfen in diesem Fall schnell und schwärzen die Wandungen des Hüllgefäßes. Wenn 5 der ,längere, außerhalb des Entladungsraumes liegende Teil "der Elektrode zumindest zwei Drittel der Ge-.,,', J;;i, samtlänge der Elektrode, vorzugsweise etwa zwei „'Iji;, Drittel bis drei Viertel ausmacht, reichen Wärme- #'" leitung und Konvektion aus, um zu verhindern, daß 'H;

Teil des zweiten Hilf selektrodenpaares angeordnet ist. 10 die erwähnten Störungen auftreten. Wenn die Lampen- Cs Eine Lampe mit 'einer... "derartigen Elektroden- temperatur nicht zu hoch ist und der Durchmesser ,;«;,: anordnung vereinigt also in sich die Vorteile des geringen Versprühens während des Anwärmens und
einer geringen Verdampfung während des Betriebes
der Lampe und besitzt deshalb bei größter Leistung 15
eine außerordentlich hohe-Lebensdauer, wie sie bisher

niemals erreicht wurde. „ .... —

Der Entladungsraum der Lampe hat eine Edelgasfüllung oder Edelgas-Metalldampf-Füllung. Das licht-

der Elektroden zweckentsprechend gewählt wird, genügt es jedoch bereits, daß sich der längere Tail der Elektrode außerhalb des Entladungsraumes befindet.;

Die Hauptelektroden bestehen zweckmäßig
handelsüblichem Wolfram ohne Zusatz von , Aktivatoren, da die letztgenannten bei der Betriebstemperatur der Elektrode, welche am Entlacfiingsbogen etwa 3 400° K beträgt, zu schnell verdampfen;

durchlässige, im wesentlichen kugelförmige Hüll- 20 Da .der längere Teil der Hauptelektrode nicht vakuumgefäß besteht aus geschmolzenem Quarz oder ahn- fest eingeschmolzen ist, ist das außerhalb des: ,,Ent-, , liehen Gläsern. „ . . lädungsraumes liegende Ende der Hauptelejs^gpde. w

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der vakuumdicht abgeschmolzen. Der Stab 4 hat eine a,Üs- * Erfindung dargestellt. In ihnen zeigt reichende Kapazität, um die Speisung der Elektrode 1·!

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht des 25 mit Strömen üblicher Stärke zu ermöglichen. i_fi|_i; ^: * Hauptteils einer Lampe gemäß der Erfindung und Beispielsweise kann der vakuumdichte Vers¹

Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht derselben. als Folie oder eine hülsenartige Anordnung 6 ausge,-

Gemäß Fig. 1 besteht die gedrungen gebaute Lampe bildet sein und aus Molybdän oder. ähnlichen
aus einem im wesentlichen kugelförmigen, glasartigen, stoffen bestehen, welche dem Fachmann als
z. B. aus geschmolzenem Quarz gefertigten Hüll- 30 artige Verschlußteile geeignet bekannt sind,
gefäß 1, welches den Entladungsraum umschließt und Auf dem kürzeren Teil beider Hauptelektrode*!;

mit rohrförmigen, sich nach außen erstreckenden An- welcher in der Entladungskammer liegt, sind die satzstücken aus geschmolzenem Quarz, z. B. - den ersten Hilfselektroden 7 und 8, welche das Zünden Rohren 2 und 3,. ausgestattet ist, .die zweckmäßig des Entladungsbogens unterstützen, sowie die zweiten einander gegenüberliegend angeordnet sind. Diese um- 35 Hilfselektroden 9 und 10 angeordnet, welche sich bei schließen ein Paar von Elektroden (4 und 5), deren Zündung der Lampe schnell erwärmen, den Ent-Innenenden so weit voneinander entfernt sind, daß ladungsbogen von den Elektroden 7 und 8 jjfeer¹" eine Entladungsstrecke von einer Länge von einigen nehmen und ihn so lange aufrechterhalten^, ftffl'""die Millimetern, z. B. 5 mm, bis zu etwa 2 cm gebildet Enden 11 und 12 der Hauptelektrode so stark erwird. Der Entladungsraum enthält die ionisierbare 40 wärmt sind, daß sie den Entladungsbogen übernehmen Atmosphäre eines Edelgases von mindestens 1 at und den Hauptbogen ausbilden. Der gesamte Zünd-Druck bei etwa 25° G oder ein Edelgas und ein ver- Vorgang bis zur Aufrichtung des Hauptbogens erfolgt dampfbares Metall, z. B. Quecksilber, in einer solchen im Bruchteil einer Sekunde.

Menge, daß in verdampftem Zustand eine Gas-Dampf- Um das oben beschriebene Erfindungsziel zu er-

Füllung von mindestens 1 at Gesamtdruck bei etwa 45 reichen, ist es wesentlich, daß Hauptelektrode und die 25° C entsteht. auf ihr angeordneten Hilfselektroden in einer ganz

Jede Hauptelektrode 4 und 5 besteht aus einem bestimmten Weise aufeinander abgestimmt sind. Da massiven Stab, z. B. von etwa 0,092 mm Durchmesser die kürzeren Teile der Hauptelektroden 4 und 5, insje Ampere des normalen, die Elektroden speisenden besondere die Endteile 11 und 12, verhältnismäßig Stromes, welcher für eine Lampe gedrungener Bau- 5° massiv sind, kann zwischen ihnen ein Entladungs·: art in der Größenordnung von zumindest 5 A liegt. bogen betrieben werden, ohne daß eine so starke Ver-Die Länge jeder Hauptelektrode beträgt zumindest ■ dampfung eintritt, daß die Lebensdauer der Lappe die dreifache Länge des Innenhalbmessers des kugel- verkürzt wird. Die zweiten Hilfselektroden müssen^ förmigen Hüllgefäßes, wobei ihr längerer Teil von um in der gewünschten Weise arbeiten zu können, den Ansatzstücken 2 und 3 umschlossen und gehaltert 55 eine geringere Masse als die kürzeren Teile derHijupt- yj wird, während ein kürzerer Teil des Stabes in die elektroden haben, um sich schnell genug aufwärmen i_: Entladungskammer hineinragt. Der längere Teil und den Entladungsbogen von den ersten Hilfselekleitet die Wärme von dem kürzeren Innenteil ab, und troden fast sofort übernehmen zu können, und sie das Glasansatzrohr unterstützt die Ableitung der dürfen ferner nicht zu nahe an dem zwischen den Wärme von der Entladungsstrecke und der Elektrode 60 Hauptelektroden gebildeten Hauptbogen angeordnet und kühlt dabei die Elektrode durch Wärmeleitung sein, damit sie nicht verdampfen. Deshalb sind die und Konvektion. Die Ansatzstücke 2 und 3 haben, da zweiten Hilfselektroden 9 und 10 in einer gewissen sie die längeren Teile der Elektroden 4 und 5 um- Entfernung von den Enden 11 und 12 der Hauptschließen, selbst eine merkliche Länge, wodurch elektroden angeordnet. Diese Entfernung entspricht Wärmeleitung und Konvektion groß genug sind, um 65 zweckmäßig der Massendifferenz zwischen beiden zumindest zu verhindern, daß die Enden der Stäbe 4 Elektroden. Zum Beispiel können die zweiten Hilfs- und 5 außerhalb des Entladungsraumes glühen. Wenn elektroden bei einer bevorzugten Ausführungsfom der vom. Ansatzstück 2 umschlossene Teil der Elek- der Lampe nach der Erfindung aus Wolframwendeln !(ι¹ trode 4 zu kurz ist im Verhältnis zu demjenigen Stück von je etwa fünf bis sieben Windungen bestehen der Elektrode, welches in die Entladungskammer 70 wobei der Durchmesser des die Wendel bildenden

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Drahtes etwa fünf Achtel des Durchmessers der Hauptelektroden und die Entfernung der Wendeln von den Enden 11 und 12 etwa das Doppelte des Durchmessers der Hauptelektrode beträgt. Hierdurch wird nicht nur die Verdampfung derselben verhindert, sondern es wird auch die von den Enden 11 und 12 zugeführte Energie abgeleitet und ausgestrahlt und dadurch die Lebensdauer der Lampe verlängert. Die Wendeln sind entweder aus Runddraht oder aus Draht von anderem Querschnitt geformt. Die Wendein können auch durch Wolframringe, Wolframstreifen usw. ersetzt werden, solange nur die aus diesen Teilen gebildete zweite Hilfselektrode eine geringere Masse als die Hauptelektrode hat.

Die ersten Hilfselektroden 7 und 8, die zwischen einer Stelle in der Nähe oder in Berührung mit der Innenwandung des Hüllgefäßes 1 und mindestens einigen Windungen der zweiten Hilfselektrode angeordnet sind, haben eine geringere Masse als die zweiten Hilfselektroden und können, obgleich sie vorzugsweise als Wendeln aus Runddraht von Tantal oder Molybdän ausgebildet sind, auch jede beliebige andere Form haben, ähnlich wie es oben für die zweite Hilfselektrode beschrieben wurde. Tantal oder Molybdän werden als Werkstoff für die ersten Hilfselektroden deshalb bevorzugt, weil diese Metalle in kaltem Zustand ein besseres Elektronenemissionsvermögen als Wolfram haben und einen genügend hohen Schmelzpunkt besitzen. Indessen ist die Verwendung von Wolfram nicht ausgeschlossen, da man auch Wolfram in Verbindung mit einer geeigneten Vorheizeinrichtung oder auch Wolfram und Tantal oder Molybdän gemeinsam verwenden kann, z. B. in Form von Drähten. Andere Werkstoffe sind zwar bessere Strahler als Tantal und Molybdän, z. B. Thorium, Erdalkalien, Blei usw., aber sie alle verdampfen bei den auf den Hauptelektroden herrschenden Temperaturen schnell. Zweckmäßig bestehen die ersten Hilfselektroden aus einigen Windungen von Runddraht, welcher einen geringeren Durchmesser als der der zweiten Hilfselektroden hat, z. B. etwa ein Achtel des Durchmessers der Hauptelektroden. Diese ersten Hilfselektroden stehen ebenso wie die zweiten Hilfselektroden in elektrischem Kontakt mit den Hauptelektroden, und beide Hilfselektroden können, brauchen aber nicht, miteinander in Verbindung stehen. Da überdies die ersten Hilfselektroden weiter von den Enden der Hauptelektroden entfernt sind, als es zumindest einige der Windungen der zweiten Hilfselektroden sind, werden sie von der hohen Temperatur des Entladungsbogens durch die zweiten Hilfselektroden abgeschirmt, was zumindest in einem gewissen Ausmaß dazu beiträgt, daß sie keine übermäßig hohen Temperaturen erreichen.

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Claims (9)

PaTENTANSPR Ür.IIE:

1. Elektrische Hochdruckentladungslampe gedrungener Bauart, bestehend aus einem im wesentlichen kugelförmigen glasartigen Hüllgefäß, welches den Entladungsraum umschließt und mit einem Paar rohrförmiger glasartiger, nach außen gerichteter Ansatzstücke ausgerüstet ist und eine ionisierbare Atmosphäre sowie ein Paar stabförmigerElektroden enthält, deren jede zumindest dreimal so lang wie der Innenhalbmesser des Hüllgefäßes ist, derart, daß der längere Teil jedes dieser Stäbe von je einem Ansatzstück umschlossen wird und der kürzere Teil so in den Entladungsraum hineinragt, daß zwischen den Enden der beiden Stäbe ein Entladungsbogen erzeugt werden kann und daß auf diesen stabförmigen Elektroden jeweils eine erste und eine zweite Hilfselektrode in leitender Verbindung mit ihnen angebracht ist, derart, daß die zweite Hilfselektrode eine geringere Masse als die Hauptelektrode hat und in einer Entfernung von den am Entladungsbogen liegenden Innenenden der Hauptelektroden angeordnet ist und die erste Hilfselektrode eine geringere Masse als die zweite Hilfselektrode hat und zwischen der Innenwandung des Hüllgefäßes und zumindest einem Teil der zweiten Hilfselektrode angeordnet ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der längere Teil der Stäbe etwa zwei Drittel bis etwa drei Viertel der Gesamtlänge ausmacht.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glasartigen, nach außen gerichteten Ansatzstücke des Hüllgefäßes einander diametral gegenüber und die Enden der kürzeren Teile der Stäbe weniger als 2 cm voneinander entfernt angeordnet sind.

4. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ionisierbare Atmosphäre aus einer Edelgasfüllung besteht, deren Druck bei etwa 25° C mehr als 1 at beträgt.

5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als ionisierbare Atmosphäre eine Füllung von Edelgas und so viel Quecksilber dient, daß im verdampften Zustand ein Gesamtdruck von mindestens I at bei etwa 25° C herrscht.

6. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Elektroden und die zweiten Hilfselektroden aus Wolfram und die ersten Hilfselektroden aus Tantal bestehen.

7. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hilfselektrode aus einer Drahtwendel besteht, deren Draht einen geringeren Durchmesser als die Hauptelektrode, vorzugsweise etwa fünf Achtel derselben hat, und die erste Hilfselektrode aus einem Draht besteht, der einen geringeren Durchmesser als der der zweiten Hilfselektrode hat.

8. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptelektrode einen Durchmesser von etwa 0,092 mm je Ampere Lampenstrom hat.

9. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der zweiten Hilfselektrode vom Innenende der Hauptelektrode etwa gleich dem doppelten Durchmesser der Hauptelektrode ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 921 728; schweizerische Patentschrift Nr. 190 834.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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