DE1177248B - Elektrische Hochdruck-Dampfentladungslampe mit einer farbkorrigierenden Zusatz-Fuellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^!Wjjw PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: HOIj

Deutsche KL: 2If-83/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 30071 VIII c / 21 f
22. August 1962
3. September 1964

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck-Dampfentladungslampe mit festen entladungsgeheizten Glühelektroden, deren Füllung eine farbkorrigierende Metallhalogenidverbindung als anzuregenden Zusatz enthält.

Von allen Hochdrucklampen weisen zur Zeit die Quecksilberdampfhochdrucklampen die größte Verbreitung auf. Das meist aus Quarzglas gefertigte Gefäß dieser Lampen enthält neben einem Zündgas eine geringe Quecksilbermenge, die im Betrieb der Lampe restlos verdampft ist. Der bei einem Dampfdruck von etwa 1 bis 25 atm brennende Lichtbogen liefert neben einem verhältnismäßig schwachen Kontinuum hauptsächlich ein Linienspektrum mit wenigen, aber sehr kräftigen Linien, weshalb sich die Lichtfarbe dieser Lampen sehr stark vom natürlichen Licht und auch von dem durch einen glühenden, festen Körper ausgesandten Licht unterscheidet und die Farbwiedergabe unbefriedigend ist. Zur Verbesserang der Farbwiedergabe dieser Lampe ist es bereits bekannt, dem Quecksilber andere Metalle, wie Zink oder Kadmium, zuzusetzen, deren Zweck die Erhöhung des Rotanteils des von der Entladung ausgesandten Lichtes ist. Diese Zusätze bewirken jedoch immer eine starke Verringerung der Lichtausbeute, durch die der bezüglich der Lichtfarbe erzielte Vorteil wieder aufgehoben wird.

Bei Quecksilberdampflampen älterer Bauart mit flüssigen Quecksilberelektroden war auch schon ein Zusatz an Salzen, z. B. von Halogeniden, bekannt, die dem Quecksilberbogen eine bestimmte Färbung verleihen sollten.

Der Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist der Vorschlag, in einer Quecksilberhochdruckdampfentladungslampe mit festen Elektroden außer der Quecksilberfüllung noch einen Zusatz von Halogen-Verbindungen anderer Metalle, die gleichzeitig mit dem Quecksilber zum Leuchten angeregt werden, einzufüllen. Die nach diesem Vorschlag hergestellten Quecksilberdampflampen enthalten meist einen Zusatz an Natriumjodid, Kaliumjodid, Lithiumiodid oder Thalliumjodid und ergeben eine befriedigende Auffüllung der Rotlücke des Quecksilberbogens, ohne die nachteilige Verringerung der Lichtausbeute der bekannten Quecksilberdampflampen mit Zinkoder Kadmiumzusatz zu zeigen. Da jedoch keines der angeregten Metalle wesentlich mehr Linien abstrahlt als Quecksilber, besteht das sichtbare Spektrum nach wie vor nur aus einigen Linien und ist bezüglich Farbqualität von dem Tageslicht noch weit entfernt.

Eine hervorragende Farbwiedergabe ist mit einer Hochdruck-Entladungslampe zu erzielen, in der Seltene Erden angeregt werden, da deren Spektren eine Elektrische Hochdruck-Dampfentladungslampe
mit einer farbkorrigierenden Zusatz-Füllung

Anmelder:

Patent-Treuhand-Qesellschaft

für elektrische Glühlampen m. b. H.,

München 2, Windenmacherstr. 6

Als Erfinder benannt:

Dr. Arnold Bauer, Augsburg

dichte Folge von Linien besitzen. Die Seltenen Erden haben jedoch den Nachteil eines sehr niedrigen Dampfdruckes, so daß zur Erzielung einer hohen Lichtausbeute das Entladungsgefäß Temperaturen von über 1000° C annehmen muß. So hat beispielsweise das Lanthanjodid einen Siedepunkt von 1400° C.

Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde nun die überraschende Feststellung gemacht, daß Scandiumverbindungen eine Sonderstellung gegenüber allen bisher als Füllung herangezogenen Metallen bzw. Metallverbindungen einnehmen.

Wird Scandium mit bestimmter Intensität zum Leuchten angeregt, dann sendet es im sichtbaren Bereich ein ebenso dichtes Lichtspektrum wie die Seltenen Erden aus, aber ohne wesentliche Energieverluste im ultravioletten und infraroten Bereich. Außerdem reicht der Dampfdruck einiger Scandiumverbindungen, insbesondere des ScJ₃, für einen Hochdruckbogen aus. Damit vereinigen Hochdrucklampen, welche Scandiumverbindungen enthalten, zwei entscheidende Eigenschaften, die beide gleichzeitig bisher noch bei keiner Hockdrucklampe gefunden wurden:

1. Der Zusatz ergibt eine Lichtfarbe, die dem natürlichen Tageslicht fast so nahe kommt wie das Licht der Xenonhochdrucklampe. F i g. 1 zeigt die spektrale Energieverteilung einer Hochdrucklampe mit ScJ₃-Zusatz.

2. Während die bisher vorgeschlagenen Zusätze an Metallhalogeniden zwar keinen nachteiligen Einfluß auf die Lichtausbeute ausüben, diese aber auch nicht nennenswert erhöhen, konnte die Lichtausbeute durch den Zusatz einer Scandiumverbindung auf 105 lm/W getrieben werden.

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Bei Lampen hoher Leistungskonzentration und da- den. Der Durchmesser des Entladungsraumes beträgt mit hoher Wandtemperatur, deren Gefäß aus Quarz- höchstens wenige Millimeter, die Länge des Bogens glas oder feinkristallinem, transparentem Aluminium- bis zu einigen Zentimetern.

oxyd besteht und bei denen der Scandiumhalogenid- Für den Fall, daß künstliche Kühlung unerwünscht

dampfdruck 1 atm überschreitet, genügt eine Füllung 5 ist, wurden elektrodenstabilisierte Lampen gebaut, z. B. von ScJ₃. Zur besseren Zündung empfiehlt sich Die Wandbelastung beträgt hierbei 20 bis 60 W/cm², eine zusätzliche Edelgasfüllung von 10 bis 100 Torr vorzugsweise 40 W/cm². Der Elektrodenabstand für Kaltdruck. Projektionslampen kann auf einige Millimeter fest-

Bei Wandtemperaturen unter 900° C, wie sie z. B. gelegt werden. Die Form des Lampenkolbens ist bei normalen Quecksilberhochdrucklampen üblich io kugelig oder eiförmig wie bei den bekannten Hgsind, liegt der Dampfdruck z. B. des ScJ₃ unter einer Höchstdrucklampe^ Wenn der Quecksilberbetriebs-Atmosphäre. Bei 800° C beträgt er z. B. 0,1 atm. Es dampfdruck hierbei höher ist und beispielsweise ist darum angebracht, zur Verringerung der Wärme- 25 atm beträgt, dann stellt sich bei 6 mm Elektrodenleitungs- und Diffusionsverluste zusätzlich ein schwe- abstand 90 bis 100 V Brennspannung ein. Bei Lamreres Puffergas von höherem Druck einzufüllen. Die 15 pen mit weniger hoher Leuchtdichte braucht der Be-Anregungsspannungen des Scandiums liegen tief. Sie triebsdruck des Quecksilberdampfes nicht so hoch zu sind im wesentlichen kleiner als 4 V. Als Puffergas ist sein. So ergibt sich bei 5 bis 10 atm Dampfdruck und darum ein schweres Gas geeignet, dessen Anregungs- einem Elektrodenabstand von 1 bis 2 cm eine Brennspannungen über dieser Grenze liegen. Diese Förde- spannung von 150 bis 250 V.

rung erfüllen z. B. die schwereren Edelgase. Im all- 20 F i g. 1 zeigt die spektrale Energieverteilung einer gemeinen wird ein im Betrieb völlig verdampfender Hochdrucklampe mit ScJ₃-Zusatz. Quecksilberzusatz am günstigsten sein, der einen Par- Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist

tialdruck von über 1 atm, beispielsweise von 5 bis in F i g. 2 veranschaulicht. 25 atm, ergibt. Da die mittlere Anregungsspannung Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,

von Quecksilber etwa bei 7,8 V liegt und diejenige 25 Das Entladungsgefäß 1 besteht aus Quarzglas und des Scandiums unter 4 V, sind von beiden Elementen umschließt das Volumen 27 cm³. Der Innendurchgleich viel Atome angeregt bei einem Druckverhältnis messer des oben und unten kugelig abgeschlossenen p_Hg: p^ =« 10³. Bei dem obengenannten Verhältnis rohrförmigen Kolbens beträgt 30 mm. Die Stiftelek- Päg '■ Psc — 25 : 0,1 = 250 überwiegt darum die Scan- troden 2 und 3 bestehen aus schwerschmelzbarem diumstrahlung. 30 Metall, vorzugsweise aus Wolframdraht von 1,2 mm

Gemäß der Erfindung ist in einer elektrischen Durchmesser, und haben eine übliche Foliendurch-Hochdruck-Dampfentladungslampe mit festen Glüh- führung 4 und 5. Die Elektroden können eng anlieelektroden, einem aus hochschmelzendem, lichtdurch- gende, in das Quarzgefäß 1 übergehende Quarzmanlässigem Material bestehenden Gefäß und einer Fül- schetten 6 und 7 bekommen, um den erwähnten Jodlung, die eine farbkorrigierende Metall-Halogenid- 35 kreislauf an den kühleren Stellen der Elektroden, wo Verbindung enthält, der anzuregende Zusatz eine unter Umständen Wolfram abgetragen wird, abzu-Scandiumverbindung. Die Seandiumverbindung kann bremsen. Eine über den normalen Thoriumzusatz aus ScJ₃, ScBr₃, ScCl₃ bestehen oder einer anderen hinausgehende Aktivierung der Elektroden ist zu ver-Scandiumverbindung mit genügendem Dampfdruck, meiden. Die Edelgasfüllung zur Zünderleichterung wie etwa Sc₂S₃. Bei einer Lampe mit Wolfram-Elek- 40 beträgt 15 Torr Argon. Die im Betrieb völlig vertroden ist ScJ₃ vorzuziehen, weil der bekannte Jod- dampfende Quecksilberfüllung von 304 mg ergibt kreislauf dafür sorgt, daß sich kein zerstäubendes einen Dampfdruck von etwa 10 atm. Die Füllung von Wolfram auf der Kolbejiwand absetzt. 30 mg ScJ₃ verdampft im Betrieb nicht völlig. Ein

Durch die Erfindung wird eine Hochdrucklampe Zusatz von 3 mg HgJ₂ sorgt für besseres Lebensmit hervorragender, die des Quecksilberhochdruck- 45 dauerverhalten.

bogens noch übersteigender Lichtausbeute geschaf- Die elektrischen und lichttechnischen Daten der

fen, die eine sehr gute, mit dem Xenonhochdruck- Lampe sind:

bogen vergleichbare Farbwiedergabe besitzt und die Elektrische Leistung . 2430W

wegen des verhältnismäßig hohen Dampfdruckes der Stromstärke 13 3 A

Scandiumhalogenide für eine Betriebstemperatur in 5° Spannung 240V

der Größenordnung, wie sie für die bekannten Queck- Elektrodenabstand ".'.'.'.'.'.'. 1,5 cm

sdberhochdrucklampen üblich ist, ausgelegt sein Wandbelastung 40 W/cm*

kann. Fur die Herstellung der Lampen kann deshalb Lichtstrom 254 000 Im

in vorteilhafter Weise die übliche ausgereifte Ferti- Lichtausbeute 105 InVW

gungstechnik herangezogen werden. 55

Neben Scandiumhalogenid und gegebenenfalls einer Eine Erhöhung der Leistung läßt sich entsprechend

restlos verdampfenden Quecksilbermenge enthält die F i g. 3 bei diesem Lampentyp ohne weiteres durch Lampe zur besseren Zündung noch eine Edelgasfül- Vergrößerung des Lampenkolbens erzielen und/oder lung von einigen 100 Torr Kaltdruck. durch forcierte Kühlung. Auf einfache Weise ist die

Ein geringer Überschuß des Halogens empfiehlt 60 Wandbelastung um 50 bis 70% dadurch zu erhöhen, sich und kann z. B. in Form von Quecksilberhalo- daß die Lampe in einen rohrförmigen, beiderseits genid in die Lampe eingeführt werden. offenen, senkrecht angeordneten Außenkolben 8 ge-

Da sich eine Entladung in Scandium stärker zu- setzt wird, welcher nach oben z. B. um 40 cm verlänsammenzieht als eine Entladung in Quecksilber, stößt gert wird und durch die Schornsteinwirkung einen die Herstellung einer nicht gekühlten wandstabilisier- 65 kühlenden Luftstrom erzeugt. Beispielsweise läßt sich ten Lampe auf Schwierigkeiten. Eine erfindungs- so in einem Quarzbrenner der Form wie in F i g. 3 gemäße Lampe hoher. Wandbelastung, welche künst- von der Länge 9 cm und dem Durchmesser 5,8 cm lieh gekühlt wird, läßt sich als Kapillarlampe ausbil- eine elektrische Leistung von 10 kW umsetzen.

Neben der Ausführungsform mit verhältnismäßig kurzem Bogenabstand wurde noch ein anderer Typ mit größerem Bogenabstand entwickelt, der mit verhältnismäßig hoher Spannung von z. B. 400 bis 600 V betrieben wird. Für diese Lampen erwies sich eine Magnetfeldstabilisierung notwendig. Die spezielle Form besteht aus einem oder mehreren parallel geschalteten Leitern, die das langgestreckte Entladungsgefäß wendelförmig umgeben und vom Lampenstrom durchflossen sind. Die Oberflächen der Leiter sind zur Vermeidung von Lichtverlusten hochreflektierend und z. B. versilbert. Diese Art der Magnetfeldstabilisierung ist auch für andere Lampen, wie z. B. Xenonhochdrucklampen, verwertbar.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Elektrische Hochdruck-Dampf entladungslampe mit festen entladungsgeheizten Glühelektroden, mit einem aus hochschmelzendem, lichtdurchlässigem Material bestehenden Gefäß und mit einer Füllung, die eine f arbkorrigierende Metallhalogenidverbindung als anzuregenden Zusatz enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der anzuregende Zusatz der Füllung eine Scandiumverbindung ist.

2. Entladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung neben der Scandiumverbindung noch einen Zusatz an Puffergas oder Pufferdampf enthält, der im Betrieb einen Partialdruck von über einer Atmosphäre annimmt.

3. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Puffergas ein schweres Edelgas enthält.

4. Entladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Pufferdampf eine im Betrieb restlos verdampfende Quecksilbermenge sowie zur Zünderleichterung eine Edelgasfüllung von einigen bis zu einigen hundert Torr Kaltdruck enthält.

5. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 4 für elektrodenstabilisierten Betrieb, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß etwa eiförmige oder kugelige Gestalt besitzt und der Elektrodenabstand bei einer Betriebsspannung von der Größenordnung 100 V mehrere Millimeter, bei einer Betriebsspannung bis zu einigen hundert Volt bis zu einigen Zentimetern beträgt.

6. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 4 für magnetfeldstabilisierten Betrieb, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß Zylinderform besitzt und von einem oder mehreren parallel geschalteten elektrischen Leitern, die vom Strom durchflossen werden, wendelartig umgeben ist.

7. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der anzuregende Bestandteil der Füllung aus Scandiumjodid besteht.

8. Entladungslampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung neben dem Scandiumhalogenid noch zusätzlich Halogen in freier Form oder als Quecksilberhalogenid enthält.

9. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Glühelektroden aus Wolfram bestehen und außer einem eventuellen Thoriumgehalt keine weitere Aktivierung enthalten oder tragen.

10. Entladungslampe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden im Betrieb so hoch belastet sind, daß die Umgebung des Bogenansatzes geschmolzen ist.

11. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich zur Erhöhung der Leistungsaufnahme in einem rohrförmigen, beiderseits offenen, senkrecht angeordneten Außenkolben befindet.

12. Entladungslampe nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kühleren Enden der Elektroden von eng anliegenden Quarzglasmanschetten, welche in das Quarzglas des Gefäßes übergehen, umschlossen sind.

■ In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 134 732, 288 228,
658;

österreichische Patentschrift Nr. 130 412;
britische Patentschriften Nr. 325 534, 402 747.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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