DE1489445C - Flektrode fur eine Quecksilberdampf hochdrucklampe mit HalogemdfuUung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode für eine Quecksilberdämpfhochdrucklampe die aus einem mit einem Stromzuführungsdraht elektrisch und wärmeleitend verbundenen äußeren Metallteil und einem davon umfaßten Emissionskörper besteht und bei der der äußere Metallteil einen Raum umschließt, der wenigstens an der dem Stromzuführungsdraht abgewandten Seite praktisch völlig offen ist, und bei der der mindestens die Hälfte des Raumes innerhalb des äußeren Metallteiles ausfüllende Emissionskörper aus einer mit Emissionsmaterial·überzogenen Wendel besteht.

Unter einer Hochdruckdarnpfentiadungslampe wird eine Lampe verstanden, in der im Betrieb die Entladung eingeschnürt ist, während der Druck nicht höher als etwa 15 at. ist.

Bei einer aus der französischen: Patentschrift 1 097 331 bekannten Elektrode dieser Art ist die innere Metallwendel an dem sich über die Elektrode hinaus erstreckenden Stromzuführungsdraht gehaltert, so .daß zwischen diesen Teilen ein unmittelbarer Wärmeübergang besteht, der zu einem'schnellen Abkühlen der Elektrode führt.

Es ist ferner eine Elektrode für Hochdruckentladungslampen bekannt (schweizerische Patentschrift 239 109), die zur geringen Wärmeableitung und zur Erzeugung eines geringen Kathodenfalls aus einem bandförmigen Träger mit kleinem Querschnitt besteht, in dem das Emissionsmaterial angeordnet ist. Die Wärmekapazität dieser Elektrode ist aber noch relativ gering.

Hochdruckdampfentladungslampen finden häufig in den Fällen Anwendung, in denen eine sehr hohe Lichtausbeute und ein hoher Umwandlungswirkungsgrad der der Lampe zugeführten Energie in Nutzlichtstrom gewünscht ist. Lampen dieser Art; die ausschließlich Quecksilberdampf und manchmal ein Edelgas zur Erleichterung der Zündung enthalten, haben den Nachteil, daß die Farbe der emittierten Strahlung für eine naturgetreue Farbwiedergabe wenig geeignet ist. Mittel zum Verbessern dieser Farbwiedergabe sind z.B. die Verwendung von Leuchtschichten und die Verwendung von Filtern. Das letztere Mittel hat den Nachteil, daß die Lichtausbeute verringert wird. Neuerdings ist in Veröffentlichungen, ein anderes Mittel zum Verbessern der Farbwiedergabe beschrieben worden, durch das die Lichtausbeute und der Wirkungsgrad nicht nachteilig beeinflußt und manchmal sogar gesteigert werden. Zu diesem Zweck werden in den Entladungsraum außer Quecksilberdampf und Edelgas bestimmte Elemente eingegeben, z. B. Natrium, Indium, Gallium, Zinn oder Lithium, die dem von der Lampe emittierten Spektrum bestimmte Farben zusetzen. Weil der Dampfdruck dieser Elemente bei den üblichen Temperaturen im Entladungsraum oftmals nicht hoch genug ist, werden diese Elemente in den meisten Fällen als Halogenide in den Entladungsraum eingebracht. Insbesondere die Jodide dieser Elemente finden dabei Verwendung. Auch wird häufig eine zusätzliche Halogenmehge, z. B. Jod, in den Entladungsraum gegeben. Im Betrieb solcher Lampen ergibt sich ein Halogenkreislauf, bei dem sich die Halogenide an Stellen mit hoher Temperatur zersetzen und an Stellen mit niedrigerer Temperatur wieder rekombiniereh.

Lampen der erwähnten Art sowohl mit Halogenen als auch ohne Halogene enthalten mindestens zwei Elektroden, die meistens ausschließlich durch die Entladung selbst erhitzt werden. Diese Elektroden sind mit einem Stromzuführungsdraht verbunden, der aus dem Entladungsraum, z. B. durch eine sogenannte Quetschung, austritt. Beim Ausschalten der Lampen kühlen sich die Elektroden verhältnismäßig rasch ab, teils durch Strahlung und teils durch Wärmeableitung über die Stromzuführungsdrähte und die Quetschung. Infolgedessen nehmen die Elektroden

ίο während der Abkühlungsperiode eine niedrigere ■ Temperatur an als andere Lampenteile, z.B. die Wand des Entladungsraumes. Daher rekombinieren sich die Halogenide auf der Oberfläche der Elektroden; diese werden dadurch mit einer Halogenid-

schicht überzogen. '...'"

Die meisten Elektroden der Lampen dieser Art enthalten einen unbedeckten Metallteil, z. B. aus Wolfram, "und einen Teil der aus auf einem Metallträger, ζ. Β. ebenfalls aus Wolfram, angebrachten Emissionsmaterial besteht. Beim Einschalten der Lampen beginnt die Entladung auf dem Teil, der Emissionsmaterial, z. B. Thoriumoxyd, enthält, und geht, wenn die ganze Elektrode eine bestimmte Temperatur ereicht hat, auf den nicht mit Emissionsmaterial bedeckten Teil über.

Während der im vorstehenden erwähnten Abkühlungsperiode nach dem Ausschalten der bekannten Lampen werden sowohl der nicht emittierende als auch der emittierende Teil der Elektroden mit einer Halogenidschicht überzogen. Insbesondere der Überzug des emittierenden Teiles wirkt störend, weil es sich bei erneutem Einschalten der Lampen herausstellt, daß die Zündspannung erheblich höher ist, als im Augenblick, in dem die Lampen zuerst eingeschaltet werden. Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil durch einen verbesserten Aufbau der Elektroden abzuhelfen.

Eine Elektrode für Quecksilberdampfhochdrucklampen eingangs erwähnter Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß für eine Verwendung der Elektrode in Quecksilberdampfhochdrucklampen mit Halogenidfüllung die Wendel (Innenwendel) des Emissionskörpers mit dem äußeren Metallteil nur über das Emissionsmaterial.in Verbin-

dung steht. '^:

Durch die Anordnung des Emissionskörpers bei der Elektrode gemäß der Erfindung kühlt während der Abkühlungsperiode der Emissionskörper nicht so rasch ab wie der übrige Teil der Elektrode. Dies wird einmal dadurch erreicht, daß der Emissionskörper seine Wärme schlecht an den äußeren Metallteil und damit an den Stromzuführungsdraht abgeben kann, und zum anderen dadurch, daß der Emissionskörper, wie bekannt, mindestens die Hälfte des Rau- mes in der Elektrode ausfüllt. Diese letzte Anforderung ist ebenso notwendig wie die erste, weil der Emissionskörper sonst eine zu geringe Wärmekapazität haben und durch Strahlung zu rasch abkühlen würde. Bei einer erfindungsgemäßen Elektrode kann sich zwar eine Halogenidschicht auf dem nicht-emittierenden Teil der Elektrode ablagern, aber dies hat viel weniger Einfluß auf die Erhöhung der Zündspannung als ein Überzug des Emissionsteiles.
Da der Emissionskörper aus einem Metallträger, ζ. B. aus metallischem Wolfram, besteht, auf dem sich eine Schicht aus Emissionsmaterial, z. B. Thoriumoxyd, befindet, wird die Wärmekapazität des Emissionskörpers gegenüber einem Emissionskörper,

der ganz aus Emissionsmaterial besteht, vergrößert, denn die für eine gute Zündung erforderliche Menge an Emissionsmaterial ist an sich so gering, daß die Masse des Emissionsmaterials zu klein sein würde, um eine große Wärmekapazität zu erhalten.

Zweckmäßig ist die Wärmekapazität des Metallträgers größer als die Wärmekapazität des Emissionsmaterials.

Vorzugsweise ist der äußere Metallteil eine Metällwendel, z. B. aus Wolfram. Innerhalb dieser Wendel ist der Emissionskörper angeordnet. Dieser Emissionskörper hat einen schlechten thermischen Kontakt mit der Außenwendel; infolgedessen ist die Wärmeleitung zu dem mit der Außenwendel verbundenen Stromzuführungsdraht gering.

Die Wolframwendel, die selbstverständlich einen geringeren Durchmesser als die Außenwendel haben muß,, kann mit dem Emissionsmaterial nicht nur überzogen, sondern auch wenigstens teilweise gefüllt sein. Sowohl die Außenwendel als auch die Innenwendel können geschlossen oder offen sein, worunter verstanden werden soll, daß die Windungen jeder Wendel entweder aneinander anliegen oder mit Abstand voneinander angeordnet sind.

Auf der dem Stromzuführungsdraht abgewandten Seite ist der Raum innerhalb der Außenwendel praktisch völlig offen. Dadurch kann die Entladung am Emissionskörper ansetzen. Die Außenwendel steht zweckmäßig in der dem Stromzuführungsdraht abgewandten Richtung etwas über der Innenwendel vor. Infolgedessen greift die Entladung im Betriebszustand nicht mehr am Emissionskörper, sondern an der Außenwendel an. Das Ende der Außenwendel an dieser Seite ist vorzugsweise, nachdem der Emissionskörper angeordnet worden ist, radial nach innen gebogen, wodurch verhütet wird, daß der Emissionskörper aus der Außenwendel herausfällt. Die Außenwendel kann durch Schweißen am Stromzuführungsdraht befestigt sein. Vorzugsweise wird die Außenwendel auf der Seite des Stromzuführungsdrahtes >o eingeschnürt, daß ihre letzten Windungen ge^au um den Stromzuführungsdraht passen. '

Die Elektrode nach der Erfindung kann dadurch hergestellt werden, daß ein Metallträger, vorzugsweise eine Metallwendel, mit einem Emissionsmaterial oder mit einem Material, aus dem das Emissionsmaterial entstehen kann, überzogen wird und der so entstandene Emissionskörper in den Raum innerhalb eines hohlkörperförmigen äußeren Metallteils der Elektrode eingeführt wird.

Vorzugsweise wird der Emissionskörper klemmend innerhalb des äußeren Metallteils angeordnet.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Entladungslampe mit einer Elektrode gemäß der Erfindung und

F i g. 2 eine Ausführungsform einer Elektrode für eine Lampe nach Fig. 1.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine rohrförmige Gasentladungslampe, die aus einem gut wärmebeständigen, lichtdurchlässigen Material, z. B. Quarzglas, hergestellt ist. An den beiden Enden endet die Röhre 1 in Quetschungen 2 bzw. 3. In diesen Quetschungen sind Stromzuführungsdrähte 6 bzw. 7 vakuumdicht befestigt. An den Stromzuführungsdrähten sind Elektroden 4 bzw. 5 befestigt. 8 bezeichnet eine Zündelektrode, welche häufig Verwendung findet zum Einleiten der Entladung. Die Lampe kann erforderlichenfalls in einem entlüfteten' Außenkolben angeordnet sein. . "^s

In Fig. 2, die einen Längsschnitt durch eine Elektrode nach der Erfindung für eine Entladungslampe nach Fig. 1 darstellt, ist der Stromzuführungsdraht mit 10 bezeichnet. Dieser Stromzuführungsdraht besteht beispielsweise aus Wolfram. Auf der Seite der Entladung ist an diesem Stromzuführungsdraht 10 eine Wolframwendel 11 befestigt. Diese Wendel umschließt einen Raum 12, in dem sich ein Emissionskörper befindet. Dieser Emissionskörper besteht ebenfalls aus einer Wolframwendel 13, auf der und in der zuvor ein Emissionsmaterial 14 angebracht ist. Wie aus der Figur hervorgeht, ist der Raum 12 innerhalb der Wendel 11 nahezu völlig durch den Emissionskörper 13, 14 ausgefüllt. Die Wärmeableitung von diesem Körper zum Stromzuführungsdraht 10 muß vollständig über die Wendel Il verlaufen. Der Wärmeverlust auf diesem Wege ist verhältnismäßig gering, weil der thermische Kontakt zwischen den Wendeln 13 und 11 durch die zwischenliegende Emissionsschicht 14 schlecht ist. Die Masse des Emissionskörpers 13,14 ist verhältnismäßig groß. Infolgedessen ist der Wärmeverlust durch Strahlung geringer, als wenn z. B. der Raum innerhalb der Wendel 11 nicht so weit mit dem Emissionskörper gefüllt wäre, wie es z. B. der Fall sein würde, wenn eine dünne Emissionsschicht die Innenseite der Wendel 11 überzöge. In diesem Falle könnte zwar die Wärmeableitung über die Wendel 11 zum Stromzuführungsdraht 10 auch verhältnismäßig gering sein, aber dennoch würde der Emissionskörper durch Strahlung zu rasch abkühlen, so daß er sich mit einer Halogenidschicht überziehen könnte. Der Emissionskörper 13, 14 ist mehr oder weniger im Raum innerhalb der Wendel 11 festgeklemmt. Um ein Herausfallen zu verhindern, ist die obere Windung 15 der Wendel 11 radial nach innen gebogen.

Aus Versuchen mit einer Vielzahl von Lampen mit Elektroden gemäß der Erfindung hat es sich herausgestellt, daß die Zündspannung, nachdem die Lampen vielmals ein- und ausgeschaltet worden waren, um 30 bis 100 Volt niedriger liegt als bei ähnlichen, unter den gleichen Bedingungen betriebenen Lampen, die nicht mit erfindüngsgemäßen Elektroden versehen waren.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrode für eine Quecksilberdampfhoch-SS drucklampe, die aus einem mit einem Stromzuführungsdraht elektrisch und wärmeleitend verbundenen äußeren Metallteil und einem davon umfaßten Emissionskörper besteht und bei der der äußere Metallteil einen Raum umschließt, der wenigstens an der dem Stromzuführungsdraht abgewandten Seite praktisch völlig offen ist und bei der der mindestens die Hälfte des Raumes innerhalb des äußeren Metallteiles ausfüllende Emissionskörper aus einer mit Emissionsmaterial überzogenen Wendel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Verwendung der Elektrode in Quecksilberdampfhochdrucklampen mit Halogenidfüllung die Wendel (Innenwendel

13) des Emissionskörpers mit dem äußeren Metallteil (11). nur über das Emissionsmaterial (14) in Verbindung steht.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Metallteil eine Metallwendel (11) ist.

3. Elektrode nach 'Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Stromzuführungsdraht (10) abgewandte Ende (15) der Metallwendel (11) radial nach innen gebogen ist.

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4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwendel (13) mit dem Emissionsmaterial (14) nicht nur überzogen, sondern auch wenigstens teilweise gefüllt ist. ■

Hierzu .1 Blatt Zeichnungen