DE1297226B - Quecksilberdampf-Hochdrucklampe - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft Quecksilber- Mengen von 5,25 ■ 10~⁷ bis 6,8 · 10~⁵ je Zentimeter dampf-Hochdrucklampen, namentlich solche, die Lichtbogenlänge.

weißes Licht aussenden. Zweckmäßige Weiterbildungen, Vorteile und AnWenn bei einer Lampe dieser Art die Lichtabgabe Wendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich allein von einem Quecksilberlichtbogen erzielt wird, 5 aus der Darstellung von Ausführungsbeispielen sowie fällt ein größerer Teil des ausgesandten sichtbaren aus der folgenden Beschreibung. Lichtes in den grüngelben Bereich des Spektrums Die einzige Figur zeigt einen Aufriß einer Queck-

neben kleineren Teilen in den blauen und violetten silberdampf-Hochdrucklampe. Spektralbereichen. Wenn Licht einer solchen Lampe Die erfindungsgemäßen Lampen haben eine Lichtein rotes Objekt beleuchtet, insbesondere ein nur im io ausbeute, die erheblich höher als diejenige herkömm-Bereich von 6000 bis 6800 Ä reflektierendes, so er- licher Quecksilberdampf-Hochdrucklampen liegt; sie scheint das Objekt schwarz, d. h., die Farbwiedergabe beträgt 70 bis 90 Lumen je Watt und kann sogar ist fehlerhaft. noch gesteigert werden. Der Grund für die hohe Stei-

Es ist bereits bekannt, dem Quecksilberlichtbogen gerung ist, daß annähernd 50% der Gesamtenergie verschiedene metallische Elemente oder Jod zuzu- 15 des Spektrums von Thorium im sichtbaren Bereich setzen, die eine Strahlung bei Wellenlängen aussen- konzentriert sind, während sich bei herkömmlichen den, die von denjenigen abweichen, die von dem Quecksilberdampf-Hochdrucklampen nur 23% der Quecksilberlichtbogen allein erzielbar sind, um auf Gesamtenergie im sichtbaren Bereich befinden, diese Weise das Spektrum der Lichtabgabe zu modi- Außerdem gestattet die Verwendung von Queckfizieren. Solche Modifikationen ergaben indessen noch 20 silber, Jod und Thorium in der Füllung des Entlaimmer kein echtes weißes Licht. dungsgefäßes eine selektive Modifikation der Farbe

Es ist weiter bekannt, fluoreszierende Leuchtstoff- des vom Lichtbogen ausgesandten Lichtes durch Zuschichten auf den äußeren Kolben von Quecksilber- satz weiterer Metalle. Beispielsweise läßt sich Caddampflampen aufzuschichten, wobei diese Leucht- mium für erhöhte Rotemission oder Thallium für erstoffe auf die unsichtbare Ultraviolettstrahlung an- 25 höhte Grünemission zusetzen. Lichtausbeuten von sprechen, die von dem Lichtbogen ausgesendet wird, mehr als 80 Lumen je Watt ließen sich mit Thalliumum einen Teil dieser unsichtbaren Strahlung in sieht- zusätzen erreichen, doch hatte das ausgesandte Licht bares Licht einer rotorangen Farbe umzuwandeln. eine grünliche Farbe.

Obwohl das entstehende Gemisch aus dieser rot- Die Zeichnung läßt erkennen, daß ein äußerer

orangen Farbe mit der blaugrünen Farbe des 30 durchsichtiger, z. B. aus Quarz oder Glas bestehender Quecksilberdampflichtbogens eine gewisse Farbände- Außenkolben 2 von im allgemeinen Rohrform in der rung hervorrief, trat andererseits eine Minderung Mitte 3 kolbenförmig gestaltet ist. Am Boden des der Lichtausbeute ein, da Leuchtstoffe einiges Außenkolbens ist ein Schraubsockel 8 angebracht, der sichtbaren Strahlung vom Lichtbogen absor- Am Boden sind ferner verhältnismäßig steife Einbierten; außerdem wurde kein echt weißes Licht 35 führungsdrähte 6 und 7 an die elektrischen Kontakte erzeugt. des Sockels 8 angeschlossen; solche Drähte sind

Ganz unerwartet wurde nun gefunden, daß, wenn ferner an der Oberseite des Entladungsgefäßes 12 soder Jod enthaltenden Füllung des Quecksilberlicht- wie an der Halterung angeschlossen, bogens Thorium zugesetzt wird, das ausgesandte Licht Am entgegengesetzten Ende sind in das Entla-

Spektrallinien enthält, die so eng beieinanderliegen, 40 dungsgef äß 12 Hauptentladungselektroden 13 und 14 daß sie im wesentlichen ein zusammenhängendes eingesetzt, die von Einführungsdrähten 4 bzw. 5 ge-Kontinuum bilden und auf diese Weise weißes Licht tragen werden. Jede Hauptelektrode kann einen aus erzeugt wird. Wolfram oder Molybdän bestehenden Kernteil um-

Die Menge Quecksilber in der Lampe soll derart schließen, der eine Verlängerung der Einführungssein, daß sie eine vollständige Verdampfung bei nor- 45 drahte 4 und 5 sein kann. Die Verlängerungen dieser malen Betriebstemperaturen des Entladungsgefäßes Einführungsdrähte 4 und 5 können von Molybdängestattet und in diesem einen eingeschnürten Licht- oder Wolframdrahtwendeln umgeben sein, bogen bildet. Das Quecksilber kann als Metall oder Eine zum Zünden dienende Hilfselektrode 18, im

als Halogenid zugesetzt werden. Um größte Emission allgemeinen aus Tantal oder Wolfram, befindet sich weißen Lichtes zu erzielen, sollen gewisse Verhält- 50 am Sockelende des Entladungsgefäßes 12 neben der nisse bei der Anzahl von Jodatomen zu Quecksilber- Hauptelektrode 14 und weist ein einwärts gerichtetes atomen aufrechterhalten werden, wobei ein Verhält- Ende eines weiteren Einführungsdrahtes auf. nis von etwa 0,45 oft den Vorzug verdient, es aber Jeder der Stromführung dienenden Drähte ist mit

auch möglich ist, ein Verhältnis zwischen 0,10 bis zwischenangeordneten Folienstücken aus Molybdän 0,85 zu nehmen. Unter weißem Licht oder im we- 55 verschweißt, die innerhalb der zusammengequetschsentlichen kontinuierlichem Spektrum soll im vor- ten abgedichteten Teile des Entladungsgefäßes herliegenden Falle ein beinahe vollständiges Bündel von metisch dicht angeordnet sind. Die Folienstücke sind Spektrallinien im Emissionsspektrum, praktisch ein sehr dünn, ζ. B. nur etwa 0,02 mm dick. Verhältnis-Kontinuum verstanden werden, wobei die Linien im mäßig kurze Molybdändrähte 23, 24 und 35 sind in allgemeinen weniger als 5Ä voneinander entfernt 60 den äußeren Enden der Folie eingeschweißt und sind und das Bündel überlagert ist von den typischen dienen der Zuführung von Strom zu den verschie-Quecksilberhochdrucklinien bei 4048, 4348, 5461, denen Elektroden innerhalb des Entladungsgefäßes 12. und 5790 Ä. Metallstreifen 45 und 46 sind auf die Einführungs-

Die Füllung soll vorzugsweise je Zentimeter Licht- drahte 23 und 24 aufgeschweißt. Ein Widerstand 26 bogenmenge 0,052 · 10~⁵ bis 0,52 · 10~⁵ Grammatom 65 ist mit dem Folienstreifen 45 verschweißt, der seiner-Thorium enthalten. seits mit der Halterung verschweißt ist. Der Wider-Zusätzlich kann die Füllung außerdem Natrium, stand kann einen Wert von z. B. 40 000 Ohm haben vorzugsweise als Natriumiodid, enthalten, z. B. in und dient der Begrenzung des der Hilfselektrode 18

während des normalen Startens der Lampe zugeführten Stromes. Der Metallfolienstreifen 46 ist unmittelbar mit dem steifen Einführungsdraht 7 verschweißt. Der Einführungsdraht 35 ist an einem Ende mit einem in das Rohr 12 dicht eingesetzten Stück Molybdänfolie verschweißt, das seinerseits mit den Hauptelektroden 13 und 14 verschweißt ist. Ein Metallfolienstreifen 47 ist mit einem Ende des Einführungsdrahtes 35 und am anderen Ende mit der Halterung verschweißt. Die Endteile des Entladungsgefäßes 12 bilden eine Dichtung, die jede gewünschte Breite haben und durch Abplattung oder Zusammendrückung der Enden des Rohres 12 während der Erwärmung erzeugt sein kann.

Die U-förmige, den inneren Draht stützende Baueinheit oder Halterung dient der Bewahrung der Lage des Entladungsgefäßes 12 praktisch koaxial zum Außenkolben 2. Um das Entladungsgefäß 12 innerhalb des Außenkolbens abzustützen, ist der steife Einführungsdraht 6 mit dem Bodenstück 53 der Halterung verschweißt. Da steife Einführungsdrähte 6 und 7 mit entgegengesetzten Anschlüssen einer Stromleitung verbunden sind, sollen diese Drähte zusammen mit sämtlichen zu ihnen gehörenden Teilen gegeneinander isoliert sein. Klemmstücke 56 und 57 halten das Rohr 12 an den Endteilen und sind fest an Schenkeln 54 der Halterung angebracht. Eine Tragstange 59 überbrückt die freien Enden des U-förmigen Haltedrahtes 54, an dem sie fest angebracht ist. Die freien Enden des U-förmigen Drahtes 54 sind außerdem mit einem Paar aus Metall bestehender Blattfedern 60 versehen, die unter Reibung am oberen rohrförmigen Teil des Außenkolbens 2 angreifen. Ein Wärmeschirm 61 ist unterhalb des Entladungsgefäßes 12 und oberhalb des Widerstandes 26 angeordnet.

Wird Thorium als Zusatz zum Entladungsgefäß verwendet, so bildet sich durch Reaktion von Thorium und Jod im Rohr bei niedrigen Elektrodenbetriebstemperaturen Thorium-Tetrajodid, eine sehr stabile Verbindung, die ohne Zersetzung entstehen und verdampfen kann. Als Folge hiervon ist der Druck des Thoriums der Dampfdruck von ThI₄. Dieser Vorgang kann sich nur bis zu derjenigen Betriebstemperatur fortsetzen, bei welcher die Bildungsgeschwindigkeit von ThI₄ größer als die Verdampfungsgeschwindigkeit ist. Widerabscheidung von Thorium an der Elektrode erfolgt als Metall, das aus dem Lichtbogenstrom kondensiert. Die Bildungsgeschwindigkeit von ThI₄ ist durch die Geschwindigkeit des Auftreffens von Jodatomen an der Oberfläche des Thoriummetalls begrenzt. Die absolute Höchstgeschwindigkeit tritt ein, wenn jedes Jodatom, das ein Thorium trifft, eingefangen und in ein Thorium-Jod-Molekül umgewandelt wird. Nachdem vier Jodatome getroffen haben, bildet sich ein Molekül von ThI₄, welches dann verdampft. Die Verdampfungsgeschwindigkeit von ThI₄ ist somit ein Viertel der Ankunftsgeschwindigkeit von Jod. Demzufolge ist während des Betriebs einer Lampe der höchste Druck ein Viertel des Joddrucks. Bei Elektrodentemperaturen, die normalerweise bei dem Betrieb der Lampe herrschen, ist indessen die Verdampfungsgeschwindigkeit des ThI₄ und demzufolge der Partialdruck des ThI₄ wesentlich kleiner als der obige, und zwar dank dem Umstand, daß ThI₄ nicht mehr stabil ist, dementsprechend nimmt dieser Druck mit zunehmender Temperatur ab. Sogar bei höheren Temperaturen erfolgt die Verdampfung der Thoriummetallatome mit steigender Geschwindigkeit. Es gibt daher eine Temperatur, die einem kleinsten Thoriumdruck für Th-W-Elektroden in Joddampf entspricht, wobei die Temperatur diejenige ist, bei welcher die Verdampfungsgeschwindigkeit von ThI₄ klein geworden ist (weil ThI₄ unstabil ist) und zur selben Zeit die Verdampfungsgeschwindigkeit des Metalls noch nicht groß geworden ist.

ίο Der Einfluß der Elektrodenausführung auf den Thoriumdruck ist bedeutsam. Die einen kleinsten Druck bei einer normalen Kathode bedingende Temperatur scheint an der Stelle höchster Temperatur an der Spitze unter dem Lichtbogenfleck lokalisiert zu sein. Sonach schlägt sich gegebenenfalls sämtliches Thorium in der Lampe auf diesem Teil nieder. Da im erwähnten Temperaturbereich der Druck mit zunehmender Temperatur abnimmt, sollte die Betriebstemperatur an der Spitze so niedrig wie möglich sein

ao (in Übereinstimmung mit stabiler Arbeitsweise des Lichtbogenflecks), damit größtmöglicher Druck des Thoriums im Lichtbogen herrscht. Unter diesen Bedingungen läßt sich ein günstigstes Spektrum verwirklichen; die Rotemission ist nicht vermindert.

Temperaturen im Bereich von 2000 bis 2200⁰C scheinen zu befriedigen.

Die Menge der Quecksilberfüllung im Entladungsgefäß 12 wird so gewählt, daß das Quecksilber völlig verdampft, wenn ein Druck von einer halben bis mehreren Atmosphären während normalen Lampenbetriebs bei Temperaturen von 450 bis 700° C erreicht wird. Werden der Quecksilberfüllung Quecksilberiodide zugesetzt, so kann die Menge der Füllung herunter bis 1 · 15~⁵ Grammatome je Zentimeter Lichtbogenlänge und möglicherweise noch niedriger verkleinert werden, wobei die Lichtbogenlänge der Abstand zwischen gegenüberliegenden Spitzen der Hauptelektroden 13 und 14 ist. Vorzugsweise werden etwa 2,5 · 10~⁵ bis 4,1 · 10~⁵ Grammatome Quersilber je Zentimeter Lichtbogenlänge zugesetzt. Zusätzlich zu diesen Stoffen können Quecksilberjodid oder Kombinationen aus elementarem Quecksilber und elementarem Jod dem Entladungsgefäß zugesetzt werden, um Weißlichtemission zu verwirklichen.

Insbesondere sollten etwa 0,45 Jodatome für jedes Quecksilberatom zur Erzielung günstigster Lichtausbeute zugesetzt werden (ohne Rücksicht darauf, ob die Quecksilberatome aus dem Metall oder aus der Quecksilberverbindung stammen). Dieses Verhältnis läßt sich in angemessenen Grenzen z. B. zwischen 0,10 und 0,85 Jodatome je Quecksilberatom ändern. Wie es nach dem Stand der Technik üblich ist, kann eine gewisse Menge Edelgas, wie z. B. Helium, Argon, Neon, Krypton oder Xenon, bei einem Druck von etwa 25 mm Quecksilber zur Erleichterung des Zündens zugesetzt werden.

Ist das Verhältnis der Anzahl der Jodatome zur Anzahl der Quecksilberatome größer oder kleiner als 0,45 (innerhalb der oben angegebenen Grenzen), so wird noch Weißlicht erzeugt; die Reinheit der Lichtwiedergabe ist indessen vermindert. Der Lichtbogen läßt sich mit oder ohne den herkömmlichen, innerhalb jeder Elektrode vorgesehenen 5 mg Thoriumsplitter betreiben. Ist Thorium zuzusetzen, so kann es die Form von Splittern haben, die in die Kerne der Hauptelektroden eingesetzt oder diesen zugeordnet werden, oder es kann auch beim Füllen des Entladungsgefäßes in Form des Metalls oder als ein

Jodid zugesetzt werden. Werden Thoriumsplitter verwendet, sollten 2,6 · 10~⁷ bis 2,6 · 10~⁶ Grammatome Thorium je Zentimeter Lichtbogenlänge (ausschließlich der Splitter) verwendet werden. Werden keine Thoriumsplitter verwendet, sollten 0,052 · 10~⁵ bis 0,52 · 10~⁵ Grammatome Thorium je Zentimeter Lichtbogenlänge verwendet werden. Im letzteren Fall ist es vorzuziehen, 0,52 · 10~"⁵ Grammatome Thorium je Zentimeter Lichtbogenlänge zu verwenden, im ersterenFall werden vorzugsweise 1,6 · 1O^-6 Grammatome Thorium je Zentimeter Lichtbogenlänge verwendet. Das Thorium kann entweder als Metall an sich oder als wasserfreies Jodid zugesetzt werden.

Außerdem ist es oft erwünscht, 5,25 · 10~⁷ bis 6,8 · 10~⁵ Grammatome Natrium je Zentimeter Lichtbogenlänge zuzusetzen. Ohne das Natrium ist der Spannungsabfall oft zu hoch, um die Lampe bei herkömmlichen Belastungen für Quecksilberdampf-Hochdrucklampen zu betreiben. Wird Natrium aber in sehr großen Mengen zugesetzt, so kann die Quarzhülle nachteilig beeinflußt werden. Das Natrium kann entweder als Metall oder als Jodid zugesetzt werden.

Um das Entladungsgefäß herzustellen, wird durch ein Absaugerohr hindurch ein Kolben evakuiert, der ein Paar Elektroden enthält, mit einer Elektrode an jedem Ende des Rohres. Der Kolben wird dann mit einem Brenner erwärmt und mit Argon gefüllt, um restliche Verunreinigungen auszuspülen. Wasserstoff soll praktisch ausgeschlossen werden, und zwar nicht nur aus den Gasen in der Füllung des Rohres, sondem außerdem aus den Bestandteilen des Entladungsgefäßes.

Nachdem die zuvor geschilderte Maßnahme ein oder mehrere Male durchgeführt worden ist, wird zwischen den Elektroden ein Lichtbogen gezündet. Dieser Bogen entfernt restliche Verunreinigungen von den Elektroden, und die Verunreinigungen lassen sich leicht aus der Einrichtung abziehen, wenn die Argonfüllung herausgepumpt wird.

Hierauf werden etwa 34 mg Quecksilber, 13 mg Quecksilberjodid und 5 mg Thorium dem Kolben zugesetzt. Die Lichtbogenlänge beträgt annähernd 8,3 cm. Das Entladungsgefäß wird alsdann auf Atmosphärendruck mit Argongas gefüllt; dieses Gas wird langsam entspannt, um den Druck auf etwa 23 mm Quecksilber zu erniedrigen. Hierauf wird die Spitze des Absaugrohres beseitigt und der Kolben dicht verschlossen. Diese Lampe liefert Weißlicht bei einer Lichtausbeute von 75 Lumen je Watt oder höher.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit einem Entladungsgefäß aus einem hochschmelzenden lichtdurchlässigen Material und einer Jod enthaltenden Füllung, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung außerdem Thorium enthält.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das atomare Mengenverhältnis von Jod zu Quecksilber zwischen 0,10 und 0,85 liegt.

3. Lampe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr je Zentimeter Lichtbogenlänge 0,052 · ΙΟ"⁵ bis 0,52 · 10~⁵ Grammatome Thorium enthalten sind.

4. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zusätzlich Natrium, vorzugsweise als Natriumjodid, enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen