DE1126991B

DE1126991B - Wall-stabilized electric noble gas high pressure discharge lamp and process for their production

Info

Publication number: DE1126991B
Application number: DEG30359A
Authority: DE
Inventors: William Charles Louden; Kurt Schmidt; Elmer Homonnay
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1959-08-26
Filing date: 1960-08-24
Publication date: 1962-04-05
Also published as: NL255240A; CH386562A; GB953210A; US3054922A

Description

INTERNAT. KL. HOIjINTERNAT. KL. HOIj

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

G 30359 VIII c / 21 £G 30359 VIII c / £ 21

ANMELDETAG: 24. A U G U S T 1960REGISTRATION DATE: AUGUST 24, 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL:

5. A P R I L 19625. A P R I L 1962

Die Erfindung bezieht sich auf eine für Dauerbetrieb geeignete Hochdruck-Gasentladungslampe im Gegensatz zu impulsmäßig betriebenen Lampen, wie den bekannten Elektronenblitzröhren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine mit einem Inertgas gefüllte Gasentladungslampe mit verhältnismäßig langem Lichtbogen und einem Kolben aus gesintertem transparentem polykristallinem Aluminiumoxyd hoher Dichte, bei der das Plasma wandstabilisiert ist.The invention relates to a high-pressure gas discharge lamp suitable for continuous operation In contrast to pulsed lamps, such as the well-known electronic flash tubes. In particular The invention relates to a gas filled with an inert gas Gas discharge lamp with a relatively long arc and a sintered transparent bulb high-density polycrystalline aluminum oxide in which the plasma is wall-stabilized.

Der Ausdruck »Plasma« bezeichnet einen typischen Zustand eines ionisierten Gases, der sich durch die folgenden beiden Merkmale auszeichnet:The term "plasma" denotes a typical state of an ionized gas that moves through the has the following two characteristics:

Der Ionisationsgrad ist verhältnismäßig hoch, im Extremfall sind alle Gaspartikeln ionisiert.The degree of ionization is relatively high, in extreme cases all gas particles are ionized.

Infolge der praktisch gleichen Konzentration der positiven und negativen Ladungsträger und der daraus resultierenden Neigung zur Neutralisation sind praktisch keine Raumladungen vorhanden.As a result of the practically equal concentration of positive and negative charge carriers and the The resulting tendency to neutralize, there are practically no space charges.

In Plasmaentladungen kann ein Temperaturgleichgewicht herrschen oder auch nicht. Der letztere Zustand ist vor allem für Niederdruckentladungen typisch, wie sie beispielsweise in den üblichen Leuchtstofflampen vorliegen, hier ist die mittlere Energie der Elektronen um ein Vielfaches höher als die mittlere Energie der positiven Ionen und des neutralen Gases. Temperaturgleichgewicht herrscht dagegen in Hoch- und Höchstdrucklampe^ die bei hohen Temperaturen arbeiten. Lampen, in deren Entladung wenigstens annähernd ein Temperaturgleichgewicht herrscht, benötigten bisher ganz allgemein entweder eine künstliche Kühlung des Kolbens entweder durch Wasser oder einen Luftstrom, oder es war erforderlich, sie bei sehr hohen Drücken zu betreiben, um den Bogen durch die dadurch bewirkte Einschnürung von den Kolbenwandungen fernzuhalten.Temperature equilibrium may or may not exist in plasma discharges. The latter condition is particularly typical for low-pressure discharges, such as those in conventional fluorescent lamps are present, here the mean energy of the electrons is many times higher than the mean Energy of positive ions and neutral gas. In contrast, temperature equilibrium prevails in High and high pressure lamps ^ that work at high temperatures. Lamps in their discharge at least approximately a temperature equilibrium prevails, required so far generally either Artificial cooling of the piston either by water or a stream of air, or it was necessary to operate them at very high pressures in order to pull the arch through the constriction caused thereby keep away from the piston walls.

Bei Xenonbogenlampen arbeitete man bisher, um einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad für die Erzeugung von Licht zu erreichen, mit sehr hohen Drücken, etwa zwischen 10 und 50 Atmosphären, niedrigem Strom und hoher Leistungsdichte, um eine Entladung kleinen Querschnitts zu erhalten, also einen eingeschnürten Bogen oder Plasma. Die Stabilisierung wurde durch zusätzliche Maßnahmen, wie Magnetfelder oder Blenden, bewirkt, um den Bogen zu hindern, infolge von Konvektionsströmen umherzuwandern oder umzuspringen bzw. die Kolbenwand zu berühren. Durch diese Maßnahmen konnten die Wandtemperaturen auf ungefähr 800 ⁰C begrenzt werden, was ungefähr den Maximalwert darstellt, bei dem ein Quarzkolben noch sicher betrieben werden kann.In the case of xenon arc lamps, in order to achieve a satisfactory level of efficiency for the generation of light, work has so far been carried out with very high pressures, for example between 10 and 50 atmospheres, low current and high power density in order to obtain a discharge with a small cross section, i.e. a constricted arc or plasma . The stabilization was brought about by additional measures, such as magnetic fields or diaphragms, in order to prevent the arc from wandering around or jumping over or from touching the piston wall as a result of convection currents. By these measures the wall temperatures were at about 800 ⁰ C is limited, which is about the maximum value at which a quartz bulb can be operated more safely.

Es sind auch bereits edelgasgefüllte Entladungs-Wandstabilisierte elektrischeThere are also already noble gas-filled discharge wall-stabilized electrical ones

Edelgas-Hochdruck-EntladungslampeNoble gas high pressure discharge lamp

und Verfahren zu ihrer Herstellungand methods of making them

Anmelder:Applicant:

General Electric Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)General Electric Company,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. SommerfeldRepresentative: Dr.-Ing. E. Sommerfeld

und Dr. D. v. Bezold, Patentanwälte,and Dr. D. v. Bezold, patent attorneys,

München 23, Dunantstr. 6Munich 23, Dunantstr. 6th

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 26. August 1959V. St. v. America August 26, 1959

(Nr. 836 201 und Nr. 836 199)(No. 836 201 and No. 836 199)

William Charles Louden, South Euclid, Ohio,William Charles Louden, South Euclid, Ohio,

Kurt Schmidt, Cleveland, Ohio,
und Elmer Homonnay, Cleveland Heights, OhioKurt Schmidt, Cleveland, Ohio,
and Elmer Homonnay, Cleveland Heights, Ohio

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden(V. St. Α.),
have been named as inventors

lampen für kontinuierlichen Betrieb vorgeschlagen worden, bei denen der Elektrodenabstand mindestens das Doppelte des lichten Rohrdurchmessers des Entladungsrohres beträgt, wobei das Entladungsgefäß aus Quarzglas oder einem thermisch ähnlich wie Quarzglas belastbaren transparenten Material besteht, beispielsweise Aluminiumoxyd (Saphir) oder Magnesiumoxyd. Der reduzierte Fülldruck der vorgeschlagenen Lampe liegt zwischen 5 und 350 Torr, vorzugsweise zwischen 20 und 200 Torr, und die Leistungskonzentration kann zwischen 5 und 200 W/cm³, vorzugsweise unter 100 W/cm³, beispielsweise 10 bis 80 W/cm³, betragen. Solche Lampen arbeiten mit Betriebsdrücken von etwa einer Atmosphäre oder darunter, hohem Strom, verhältnismäßig kleiner Leistungsdichte und einem großen Entladungsquerschnitt und sind wandstabilisiert. Die obere Grenze der Kolbentemperatur beträgt bei der Verwendung von Quarz etwa 800 ⁰C.Lamps for continuous operation have been proposed in which the electrode spacing is at least twice the clear tube diameter of the discharge tube, the discharge vessel being made of quartz glass or a transparent material that is thermally similar to quartz glass, for example aluminum oxide (sapphire) or magnesium oxide. The reduced filling pressure of the proposed lamp is between 5 and 350 Torr, preferably between 20 and 200 Torr, and the power concentration can be between 5 and 200 W / cm ³ , preferably below 100 W / cm ³ , for example 10 to 80 W / cm ³ , be. Such lamps work with operating pressures of about one atmosphere or below, high current, relatively low power density and a large discharge cross section and are wall stabilized. When using quartz, the upper limit of the bulb temperature is around 800 ^° C.

Durch die Erfindung soll nun eine mit mittleren Betriebsdrücken arbeitende Edelgas-Entladungslampe angegeben werden, die sich ohne künstlicheThe invention is intended to provide a noble gas discharge lamp that operates at medium operating pressures can be specified without being artificial

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Kühlung betreiben läßt und einen besonders hohen Wirkungsgrad zu erreichen gestattet.Can operate cooling and allows a particularly high level of efficiency to be achieved.

Eine wandstabilisierte elektrische Edelgas-Hochdruck-Entladungslampe mit einem langgestreckten, rohrförmigen Kolben, dessen Länge ein Mehrfaches des Durchmessers beträgt und in dessen Enden zwei Elektroden eingeschmolzen sind, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsdruck des Edelgases zwischen 760 und 7600 Torr (1 bis 10 Atmosphären) entsprechend einem Fülldruck zwischen 200 und 1250 Torr bei einer Volumenbelastung zwischen etwa 200 und 800 W/cm³ liegt und der rohrförmige Kolben für eine Betriebstemperatur im Bereich von 1000 bis 1600 ⁰C aus gesinterter transparenter polykristalliner Tonerde hoher Dichte besteht.A wall-stabilized electric noble gas high-pressure discharge lamp with an elongated, tubular bulb, the length of which is a multiple of the diameter and in the ends of which two electrodes are fused, is characterized according to the invention that the operating pressure of the noble gas is between 760 and 7600 Torr (1 up to 10 atmospheres) corresponding to a filling pressure between 200 and 1250 Torr with a volume load between about 200 and 800 W / cm ³ and the tubular piston for an operating temperature in the range from 1000 to 1600 ⁰ C consists of sintered, transparent polycrystalline high density alumina.

Die wirksame Länge des Entladungsraumes der Lampe, gemessen zwischen den Elektrodenspitzen, soll ein Mehrfaches, mindestens das Dreifache, des Durchmessers betragen, der so gewählt ist, daß das Entladungsplasma den gesamten Querschnitt ausfüllt. Unter diesen Voraussetzungen ist eine Wandstabilisierung möglich, da infolge des hohen Schmelzpunktes des gesinterten Aluminiumoxyds hohe Wandtemperaturen bis zu 1925 ⁰C zulässig sind. Die Gasfüllung kann im wesentlichen aus den Edelgasen Xenon, Krypton, Argon, Neon, Helium oder Mischungen dieser Gase bestehen. Xenon ist jedoch wegen des höheren Wirkungsgrades vorzuziehen, da das Verhältnis von Lichtausbeute zu Wärmeverlusten infolge des hohen Atomgewichts und des weißes Licht liefernden Spektrums am günstigsten ist.The effective length of the discharge space of the lamp, measured between the electrode tips, should be a multiple, at least three times, the diameter, which is selected so that the discharge plasma fills the entire cross section. Under these conditions, a wall stabilization is possible as a result of the high melting point of sintered aluminum oxide high wall temperatures up to 1925 ⁰ C are permitted. The gas filling can essentially consist of the noble gases xenon, krypton, argon, neon, helium or mixtures of these gases. Xenon, however, is preferable because of its higher efficiency, since the ratio of light yield to heat loss is the most favorable due to the high atomic weight and the spectrum that produces white light.

Die Erfindung soll nun an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden; dabei bedeutetThe invention will now be based on a preferred embodiment in conjunction with the drawing be explained in more detail; thereby means

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Xenonlampe mit einem Kolben aus gesintertem polykristallinem Aluminiumoxyd und1 shows a sectional view of a xenon lamp with a bulb made of sintered polycrystalline aluminum oxide and

Fig. 2 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Lichtausbeute in Lumen pro Watt von der Volumenbelastung in Watt pro Kubikzentimeter für die Lampe gemäß Fig. 1 zeigt.2 is a diagram showing the dependence of the light output in lumens per watt on the volume load in watts per cubic centimeter for the lamp according to FIG.

Die in Fig. 1 dargestellte Lampe enthält einen Kolben 1 in Form eines keramischen Rohres aus gesinterter transparenter und polykristalliner Tonerde. Das Kolbenmaterial besteht im überwiegenden Maße, nämlich zu über 99,5"/C, aus Al₂O₃ und ist weitgehend transparent, d. h., die Durchlässigkeit für Licht ist sehr gut und liegt oberhalb von 95%. Der Ausdruck »transparent« soll in erster Linie »lichtdurchlässig« bedeuten, der Kolben ist durchscheinend, jedoch nicht klar wie Glas. An den Enden des Keramikkolbens 1 sind Metallkappen 2, 3 aus einer Chrom-Nickel-Legierung angebracht, die einen hohen Schmelzpunkt aufweist und deren Ausdehnungskoeffizient dem der Keramik angepaßt ist, die Befestigung erfolgt mittels dünner Titanringe oder -scheiben, mittels deren die Rohrenden metallisiert sind und die Metallkappen befestigt werden.The lamp shown in Fig. 1 contains a bulb 1 in the form of a ceramic tube made of sintered transparent and polycrystalline alumina. _{The piston material consists predominantly of Al 2} O ₃ , namely over 99.5 "/ C, and is largely transparent, ie the permeability to light is very good and is above 95%. The expression" transparent "is intended in primarily "means" light-transmissive, the flask is translucent but not clear as glass. At the ends of the ceramic piston 1 metal caps 2, mounted from a chromium-nickel alloy 3 having a high melting point and coefficient of expansion matched to the ceramic is, the fastening is carried out by means of thin titanium rings or discs, by means of which the pipe ends are metallized and the metal caps are attached.

An den Außenflächen der Kappen 2, 3 sind ebenfalls mittels Titanscheiben Abstützringe 4, S aus Aluminiumoxyd angebracht, die praktisch kurze Rohrstücke desselben Durchmessers und derselben Wandstärke wie das Rohr 1 darstellen. Die Ringe 4, S dienen zum Ausgleich von Spannungen, die zwischen den Endkappen 2, 3 und den mit ihnen verbundenen Keramikteilen bei den im Betrieb der Röhre auftretenden Temperaturen entstehen können. Support rings 4, S made of aluminum oxide are also attached to the outer surfaces of the caps 2, 3 by means of titanium disks, which are practically short pipe sections of the same diameter and the same wall thickness as the pipe 1. The rings 4, S serve to compensate for tensions that can arise between the end caps 2, 3 and the ceramic parts connected to them at the temperatures occurring during operation of the tube.

Das Anbringen der Endkappen erfolgt im Vakuum oder in einer reduzierenden oder inertenAtmosphäre. Um beispielsweise die Endkappe 2 mit dem Ring 4 und dem entsprechenden Ende der Röhre 1 zu ver-S binden, werden diese Teile in der folgenden Reihenfolge zusammengesetzt in den Ofen gebracht: Röhre 1, eine erste, dünne Titanringscheibe, die aus einer Chrom-Nickel-Eisen-Legierung bestehende Kappe 2, eine zweite Titanringscheibe und dann der Abstützring 4. Die Teile werden zusammengepreßt, und der Ofen wird entweder evakuiert oder mit einer reduzierenden oder inerten Atmosphäre gefüllt und dann auf ungefähr 955 ⁰C aufgeheizt. Die das Rohr abschließenden Metallteile können auch aus anderen Legierungen bestehen, die in erheblichem Maße, mindestens 10% Nickel enthalten und deren Schmelzpunkt höher liegt als der Schmelzpunkt des Titan-Nickel-Eutektikums bei ungefähr 955 °C. Die Legierung soll kein Eutektikum mit Titan bilden, das bei einer tieferen Temperatur schmilzt als das Titan-Niekel-Eutektikum. Die Zusammensetzung der Legierung soll also so beschaffen sein, daß sich in Berührung mit Titan als erste flüssige Phase die Titan-Nickel-Legierung bildet. Die Erhitzung soll in einer nichtoxydierenden Atmosphäre bis über die Temperatur durchgeführt werden, bei der eine Verbindung durch das Titan-Nickel-Eutektikum erfolgt, also etwa 955 ⁰C, die Temperatur darf jedoch nicht über den Schmelzpunkt des nächsthöher schmelzenden Eutektikums erhöht werden, das Titan mit einem der Legierungspartner bildet, z. B. nicht über den Schmelzpunkt des Titan-Eisen-Eutektikums bei 1060 ⁰C im Falle einer Fe-Co-Ni-Legierung.The end caps are attached in a vacuum or in a reducing or inert atmosphere. For example, in order to connect the end cap 2 with the ring 4 and the corresponding end of the tube 1, these parts are put together in the following order in the furnace: Tube 1, a first, thin titanium ring disc made from a chrome-nickel Iron alloy cap 2, a second titanium ring disc and then the support ring 4. The parts are pressed together and the furnace is either evacuated or filled with a reducing or inert atmosphere and then heated ^{to approximately 955 ° C.} The metal parts closing off the tube can also consist of other alloys which contain at least 10% nickel to a considerable extent and whose melting point is higher than the melting point of the titanium-nickel eutectic at approximately 955.degree. The alloy should not form a eutectic with titanium, which melts at a lower temperature than the titanium-Niekel eutectic. The composition of the alloy should therefore be such that the titanium-nickel alloy is formed in contact with titanium as the first liquid phase. The heating should be carried out in a non-oxidizing atmosphere up to the temperature at which a connection takes place through the titanium-nickel eutectic, i.e. about 955 ^° C., but the temperature must not be increased above the melting point of the next higher melting eutectic, the titanium forms with one of the alloy partners, e.g. B. not above the melting point of the titanium-iron eutectic at 1060 ⁰ C in the case of an Fe-Co-Ni alloy.

Bei einem bevorzugten einstufigen Verfahren zum hermetischen Anschmelzen von metallischen Verschlußteilen an transparente polykristalline Aluminiumoxydkeramik hoher Dichte bestehen die Endkappen aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung mit ungefähr 48°/» Fe, 26% Co und 26% Ni. Der Ausdehnungskoeffizient dieser Legierung beträgt etwa 8,5 · 10-e/^oC und stimmt damit gut mit dem Ausdehnungskoeffizienten von Aluminiumoxyd in einem Temperaturbereich bis etwa 600 ⁰C überein. Das Keramikrohr und die aus der Fe-Co-Ni-Legierung bestehenden Endkappen werden mit einer dazwischenliegenden dünnen Titanbeilagscheibe auf eine Temperatur von etwa 955 ⁰C, jedoch unterhalb von 1060⁰C, im Vakuum erhitzt. Vorzugsweise erfolgt die Erhitzung in einem dünnwandigen Ofen, der aus einem Tantalblech oder -zylinder besteht und der durch Stromdurchgang erhitzt wird; das erhitzte Tantalblech wirkt gleichzeitig als Getter.In a preferred one-step process for hermetically melting metallic closure parts onto transparent, high-density, polycrystalline aluminum oxide ceramic, the end caps are made of an iron-cobalt-nickel alloy with approximately 48% Fe, 26% Co and 26% Ni. The expansion coefficient of this alloy is about 8.5 x 10-e / ^o C and thus is in good agreement with the expansion coefficient of alumina in a temperature range up to about 600 ⁰ C. The ceramic tube and the group consisting of the Fe-Co-Ni alloy end caps with an intermediate thin Titanbeilagscheibe to a temperature of about 955 ⁰ C, however, heated below of 1060 ⁰ C in vacuo. The heating is preferably carried out in a thin-walled furnace which consists of a tantalum sheet or cylinder and which is heated by the passage of current; the heated tantalum sheet also acts as a getter.

Die Oberflächen der Keramikteile und der Endkappen werden so bearbeitet oder plan geschliffen, daß sie leicht durch die Titan-Nickel-Legierung benetzt werden. Die Dicke der Titanbeilagsscheiben, die vorzugsweise etwas über die Keramikteile, mit denen die Verbindung erfolgen soll, hinausstehen, soll so bemessen sein, daß genügend Titan-Nickel-Legierung für die Anschmelzung vorhanden ist, also beispielsweise etwa 50 μ.The surfaces of the ceramic parts and the end caps are machined or ground flat, that they are easily wetted by the titanium-nickel alloy. The thickness of the titanium washers, which preferably protrude slightly beyond the ceramic parts with which the connection is to be made, should be sized so that there is enough titanium-nickel alloy is available for the melting, so for example about 50 μ.

Anstatt die Erhitzung im Vakuum vorzunehmen, kann der Ofen mit dem Inertgas gefüllt werden, das als Füllung und ionisierbares Medium für die Lampe bestimmt ist. In diesem Falle kann dann ein besonderer Pump- und Füllstutzen für die Lampe entfallen, da sich die Füllung schon in der Lampe befindet, wenn diese vakuumdicht verschlossen wird.Instead of heating in a vacuum, the furnace can be filled with the inert gas that is intended as a filling and ionizable medium for the lamp. In this case a special Pump and filler nozzles for the lamp are omitted because the filling is already in the lamp, if this is closed vacuum-tight.

Andernfalls kann die am einen Ende der Lampe befindliche Endkappe 2 mit einer in der Mitte durchbrochenen Ausbuchtung 6 versehen sein, die von einem Edelstahlröhrchen 7 durchsetzt wird. Das Röhrchen 7 ist vakuumdicht in die Endkappe 2 eingesetzt und trägt am inneren Ende eine Kathode 9 aus einer doppelt gewickelten Wolframwendel, deren Zwischenräume mit einem Aktivierungsmaterial, etwa Erdalkalioxyden unter Einschluß von Bariumoxyd, gefüllt sind. Die die Kathode bildenden Wolframwendeln sind über einen Wolframstift 10 gewickelt, der in das Ende des Edelstahlröhrchens 7 eingeklemmt oder eingeschweißt ist. Die Elektrode 11 am anderen Ende der Röhre wird von einem kurzen Rohrstück 12 getragen, das in eine Ausbuchtung 13 der Endkappe 3 eingeschweißt ist; die Endkappe 3 braucht an diesem Ende nicht durchbrochen und das Röhrchen 12 nicht durchgeführt zu sein.Otherwise, the end cap 2 located at one end of the lamp can be perforated with a one in the middle Bulge 6 through which a stainless steel tube 7 passes. The tube 7 is inserted vacuum-tight into the end cap 2 and carries a cathode 9 from a cathode at the inner end double-wound tungsten filament, the spaces between them with an activating material, such as alkaline earth oxides including barium oxide, are filled. The tungsten filaments forming the cathode are wound over a tungsten pin 10 which is clamped into the end of the stainless steel tube 7 or is welded. The electrode 11 at the other end of the tube is connected to a short Pipe section 12 carried, which is welded into a bulge 13 of the end cap 3; the end cap 3 does not need to be perforated at this end and the tube 12 does not have to be passed through.

Das Röhrchen 7 dient zur Evakuierung der Lampe und zur Einführung der Xenongasfüllung. Das Röhrchen 7 steht über eine seitliche Öffnung 14 mit dem Inneren des Kolbens 1 in Verbindung und ermöglicht so ein Evakuieren bzw. Füllen des Kolbens. Nach dem Evakuieren und anschließenden Füllen des Kolbens mit Xenon wird das Röhrchen bei 15 abgequetscht und verschweißt, um die Lampe zu schließen.The tube 7 is used to evacuate the lamp and to introduce the xenon gas filling. The tube 7 communicates with the interior of the piston 1 via a lateral opening 14 and enables it such an evacuation or filling of the piston. After evacuating and then filling the flask with xenon the tube is squeezed off at 15 and welded to close the lamp conclude.

Die Gasentladungslampen gemäß der Erfindung arbeiten wandstabilisiert in einem mittleren Druckbereich zwischen 1 und 10 Atmosphären und mit einer Volumenbelastung zwischen 200 und 800 W/cm³. Diese hohe Volumenbelastung wird durch den langgestreckten Kolben aus polykristallinem Aluminiumoxyd hoher Dichte ermöglicht, der die Entladung eng umschließt und der bei Temperatüren im Bereich von 1000 bis 1600° C betrieben wird. Wenn eine kürzere Lebensdauer und ein allmählicher Abfall der Lichtausbeute tragbar sind, kann die Wandtemperatur bis höchstens 1925 ^CC, dem Schmelzpunkt des Aluminiumoxyds, gesteigert werden. Ein Betriebsdruck von 1 bis 10 Atmosphären stellt sich ein, wenn der Fülldruck des Inertgases bei Zimmertemperatur etwa zwischen 200 und 1250 Torr liegt.The gas discharge lamps according to the invention work in a wall-stabilized manner in a mean pressure range between 1 and 10 atmospheres and with a volume load between 200 and 800 W / cm ³ . This high volume load is made possible by the elongated piston made of high-density polycrystalline aluminum oxide, which tightly encloses the discharge and which is operated at temperatures in the range from 1000 to 1600 ° C. If a shorter service life and a gradual decrease in the light output are acceptable, the wall temperature can be increased to a maximum of 1925 ^C C, the melting point of aluminum oxide. An operating pressure of 1 to 10 atmospheres is established when the filling pressure of the inert gas at room temperature is approximately between 200 and 1250 Torr.

Als Füllgase können Xenon, Krypton, Argon, Neon und Helium Verwendung finden, Xenon ist jedoch wegen der höheren Lichtausbeute und der günstigen Farbverteilung vorzuziehen, wie bereits erwähnt wurde. Mit Xenon als Füllgas sind Wirkungsgrade oberhalb von 10 lm/W praktisch im ganzen Bereich der Volumenbelastungen gemäß der Erfindung zwischen 200 und 800 W/cm³ erreichbar. Im oberen Teil des angegebenen Bereiches beträgt der Wirkungsgrad etwa 20 lm/W bei positiver Stromspannungskennlinie. Man erhält also den zusätzlichen Vorteil, daß die Lampe ohne Strombegrenzungsimpedanz betrieben werden kann oder zumindest nur in Serie mit der zur Erhöhung der Stabilisierung erforderlichen Minimalimpedanz. *Xenon, krypton, argon, neon and helium can be used as filling gases, but xenon is to be preferred because of the higher light yield and the favorable color distribution, as already mentioned. With xenon as the filling gas, efficiencies above 10 lm / W can be achieved practically in the entire range of volume loads according to the invention between 200 and 800 W / cm ³ . In the upper part of the specified range, the efficiency is around 20 lm / W with a positive current-voltage characteristic. This gives the additional advantage that the lamp can be operated without a current limiting impedance or at least only in series with the minimum impedance required to increase the stabilization. *

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthielt einen Aluminiumoxydkolben 1 mit einem Innendurchmesser von 6 mm und einer Gesamtlänge von 10 cm. Der Abstand zwischen den Elektrodenspitzen betrug ungefähr 5,5 cm. Bei einem Bogenstrom von 18 Ampere betrug die Bogenspannung 48,3 Volt und die Leistung ungefähr 810 Watt, was einer Volumenleistung von ungefähr 600 W/cm³ entspricht. Die Temperatur des Kolbens betrug dabei in der Mitte zwischen den Elektroden ungefähr ⁰C und der Betriebsdruck der Xenongasfüllung ungefähr 2,8 Atmosphären, es ergab sich dabei eine Lichtausbeute von ungefähr 20 lm/W.The exemplary embodiment of the invention shown in FIG. 1 contained an aluminum oxide flask 1 with an internal diameter of 6 mm and a total length of 10 cm. The distance between the electrode tips was approximately 5.5 cm. With an arc current of 18 amperes, the arc voltage was 48.3 volts and the power was approximately 810 watts, which corresponds to a volume power of approximately 600 W / cm ³ . The temperature of the bulb in the middle between the electrodes was about ⁰ C and the operating pressure of the xenon gas filling was about 2.8 atmospheres, resulting in a light yield of about 20 lm / W.

Die Abhängigkeit der Lichtausbeute von der Volumenbelastung ist in Fig. 2 dargestellt, der ausgezogene Teil der Kurve wurde gemessen, während der gestrichene Teil durch andere Versuche ermittelt wurde. Der verhältnismäßig flache Verlauf dieser Kennlinie oberhalb 600 W/cm³ ist beachtlich. Bei dieser Belastung arbeitete die Lampe mit vollkommener Wandstabilisation, und die Entladung füllte praktisch den ganzen Querschnitt des Kolbens aus und zeigte eine positive Stromspannungskennlinie.The dependence of the light yield on the volume loading is shown in FIG. 2, the solid part of the curve was measured, while the streaked part was determined by other tests. The relatively flat course of this characteristic curve above 600 W / cm ³ is remarkable. With this load, the lamp worked with perfect wall stabilization, and the discharge practically filled the entire cross-section of the bulb and showed a positive current-voltage characteristic.

Obgleich die Lampen gemäß der Erfindung nur in einem mittleren Druckbereich zwischen 1 und 10 Atmosphären arbeiten, herrscht im Plasma praktisch vollständiges Temperaturgleichgewicht bis zur Kolbenwandung. Daß im Plasma ein weitgehend vollständiges Temperaturgleichgewicht herrscht, beweist das starke Kontinuum im Spektrum der Entladung, das von der Lampe emittierte Licht ist qualitativ sehr ähnlich dem Sonnenlicht.Although the lamps according to the invention only in a medium pressure range between 1 and 10 atmospheres work, there is practically complete temperature equilibrium in the plasma up to the bulb wall. That there is a largely complete temperature equilibrium in the plasma proves the strong continuum in the spectrum of the discharge, the light emitted by the lamp is very qualitative similar to sunlight.

Die in Verbindung mit dem obigen Beispiel gegebenen Werte sollen natürlich nicht einschränkend ausgelegt werden.The values given in connection with the above example are of course not intended to be limiting be interpreted.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Wall-stabilized electric noble gas high pressure discharge lamp with an elongated tubular bulb, the length of which is a multiple of the diameter and in the ends of which two electrodes are fused, characterized in that the operating pressure of the noble gas between 760 and 7600 Torr corresponding to a filling pressure between 200 and 1250 Torr with a volume load between approximately 200 and 800 W / cm ³ and the tubular piston for an operating temperature in the range from 1000 to 1600 ⁰ C consists of sintered, transparent polycrystalline high density alumina.

2. Gas discharge lamp according to claim 1, characterized in that the tubular bulb Hermetically sealed by two metal end caps attached to the ends of the piston are fused and have activated electrodes.

3. A method for producing a gas discharge lamp according to claim 2, in which the tubular bulb is fused with metallic end caps which consist of a nickel alloy whose melting point is above that of the titanium-nickel eutectic and which does not form any lower-melting eutectics, characterized in that that the surfaces to be connected of the individual parts are pressed together with the interposition of a thin ring disk made of titanium and then ^{heated to a temperature above 955 °} C., but below the melting point of the other eutectics that titanium forms with the components of the nickel alloy.

4. The method according to claim 3, characterized in that the end caps are made of an alloy made from about 48%

Fe, 26% Co and 26 ^fl / o Ni that titanium sheets are used with a thickness of about 50 μΐη and that the compressed parts are heated in an inert atmosphere to a temperature of 950-1060 ⁰ C.

Documents considered: German Patent No. 679062; British Patent No. 802 892.

Older patents considered: German Patent No. 1065 530.

1 sheet of drawings