DE1489527C3 - Quecksilberdampfhochdrucklampe - Google Patents

Description

wobei andere Halogenide dieser Metalle ganz oder teilweise anstelle dieser Verbindungen vorliegen - können, unter der Bedingung, daß die Metallanteile den vorstehend angegebenen Grenzen äquivalent sind und wenigstens eines der Metalle in merklichen Anteilen in Form des Triiodids vorliegt.

2. Quecksilberdampfhochdrucklampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metall in Form mehrerer Halogenide vorliegt.

3. Quecksilberdampfhochdrucklampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß um das Entladungsgefäß ein Kolben mit einer Leuchtstoffschicht von Strontium- oder auch Zinkorthophosphat, die mit Zinn aktiviert sind, oder von Magnesiumfluorgermanat vorgesehen ist.

4. Quecksilberdampfhochdrucklampe nach An-Sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß um das Entladungsgefäß ein Kolben aus schwachgelbgefärbtem Glas oder aus Glas mit einer Innen- oder Außenschicht, die wenigstens teilweise die sichtbaren Strahlungen kurzer Wellenlänge absorbiert, vorgesehen ist.

5. Quecksilberdampfhochdrucklampe nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Quecksilber ganz oder teilweise in das Entladungsgefäß in Form des Iodids eingeführt wird.

Die Erfindung betrifft eine Quecksilberdampfhochdrucklampe mit einer Edelgasatmosphäre und Zusätzen von Indium-Thallium- und Galliumhalogeniden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Quecksilberdampfhochdrucklampen Metallhalogenide zuzusetzen, um Lichtquellen von hoher Leuchtkraft und verschiedenen. Strahlungen zu erhalten. So wurde ein praktisch weißes Licht in einer Quecksilberdampfhochdrucklampe von üblicher Art mit 400 Watt durch Zugabe einer Mischung von Thalliumiodid und Natriumiodid hergestellt. In derartigen Lampen werden diese Iodide im allgemeinen im Überschuß verwendet, deren Dampf sich im Betrieb im gesättigten Dampfzustand befindet. Dies ist besonders beim Natriumiodid der Fall, das in Anbetracht seines geringen Dampfdruckes im Überschuß verwendet werden muß, weil es sonst durch Absorption an den Bauteilen der Entladungslampe rasch verschwindet. Im Fall der Verwendung eines Natriumiodidüberschusses wurden dagegen schädliche Effekte, wie Schwärzung der Wandung, beobachtet, die noch zu dem Verschwinden hinzutreten. Diese Effekte können auf einer Zersetzung des Natriumiodids unter der Einwirkung der hohen Elektrodentemperatur beruhen, so daß das freie Natrium die Wandung angreifen kann.

Bei Verwendung einer Mischung von Quecksilber und Halogeniden, bei der verschiedene Bestandteile im Zustand von gesättigtem Dampf vorliegen, wie es praktisch bei Natriumiodid der Fall ist, und bei der die anderen Bestandteile im Zustand von trockenem Dampf vorliegen, wie es beim Quecksilber der Fall ist und bei den Iodiden von Indium und Thallium der Fall sein kann, können die Anteile dieser Stoffe, die sich in der Entladungsatmosphäre befinden, infolge der Änderung der Temperatur des Kältepunktes erheblich schwanken. Diese Temperatur schwankt bei Lampen gleicher Herstellung von einer Lampe zur anderen infolge von schwachen, aber unvermeidbaren Abweichungen in den Dimensionen. Sie schwankt darüber hinaus für die gleiche Lampe in Abhängigkeit von der Speisespannung und der Stromversorgungsvorrichtung.

Aus der Zeitschrift »Lichttechnik«, 1964, Nr. 3, Seiten 118 bis 120 sind Quecksilberdampfhochdrucklampen bekannt, in denen Iodide der Elemente Thallium, des Natriums und des Indiums verwendet werden. Die mit diesen bekannten Lampen erreichbaren Lichtausbeuten werden jedoch als unzureichend angesehen. Außerdem besitzen diese Lampen die bereits vorstehend beschriebenen Nachteile hinsichtlich der verwendeten Natriumiodide. Auch in den österreichischen Patentschriften 2 32 129, 2 32 130 und 2 33 670 sind ebenfalls Quecksilberdampfhochdrucklampen beschrieben, die mit Zusätzen der bereits genannten Elemente betrieben werden.

Es hat sich aber herausgestellt, daß die bekannten Auswahlkriterien für die Elemente Thallium, Indium etc. und deren Zusammensetzung nicht ausreichen, Lampen herzustellen, die den Anforderungen an Leistung und gleichmäßige Reproduzierbarkeit in der Massenherstellung entsprechen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Füllung für eine Quecksilberdampfhochdrucklampe anzugeben, durch die eine Lampe geschaffen wird, die auch bei Fertigungsabweichungen und unterschiedlichen Betriebsbedingungen eine gleichbleibend hohe Lichtausbeute und gute Farbwiedergabe liefert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Gesamtanteil der zugesetzten Halogenide bis 6 mg je cm³ des Volumens des Entladungsgefäßes beträgt, daß sich die Halogenide während des Betriebes im Zustand von trockenem Dampf befinden, daß die elektrische Belastung der Lampe zwischen 10 und 20 Watt je cm² der Innenfläche des Kolbens beträgt und daß die Gewichtsanteile der verschiedenen Halogenide innerhalb folgender Grenzen liegen:

20 bis 50% Indiummonoiodid,
20 bis 40% Thalliummonoiodid,
10 bis 50% Galliumtriiodid,

wobei andere Halogenide dieser Metalle ganz oder teilweise anstelle dieser Verbindungen vorliegen können, unter der Bedingung, daß die Metallanteile den vorstehend angegebenen Grenzen äquivalent sind und wenigstens eines der Metalle in merklichen Anteilen in Form des Triiodids vorliegt.

Außerdem haben sich weitere Vorteile dadurch ergeben, daß eine Quecksilberdampfhochdrucklampe gemäß der Erfindung eine gleichmäßigere Verteilung des Lichtes über den sichtbaren Bereich besitzt, wobei

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dieser Bereich nach Rot hin ausgedehnt ist und der UV-Teil der Strahlung zur Anregung der Leuchtstoffe ausgenutzt werden kann.

Am Kältepunkt von üblichen Quecksilberdampfhochdrucklampen, d. h. bei Temperaturen in der Größenordnung von etwa 600⁰C, ist darüber hinaus die Dampfspannung der vorstehend angegebenen Iodide erheblich und beträgt etwa in mm Quecksilber ausgedrückt:

200 mm beim Indiumiodid,
40 mm beim Thalliumiodid,
3000 mm beim Galliumtriiodid.

Eine weißes Licht ergebende Zusammensetzung mit einer annehmbaren Farbwiedergabe, einer erhöhten Lichtausbeute in der Größenordnung von 80 lm/W, deren Prozentanteil rot in der Größenordnung von 15% liegt, die zur Einführung in eine Quecksilberdampfhochdrucklampe üblicher Art von 400 Watt mit einem Außendurchmesser von 17,5 mm und einem Abstand von den Elektroden von 55 mm geeignet ist, ist folgende: .,

25 mg Quecksilber,

5,0 mg Indiummonoiodid,

3,5 mg Thalliummonoiodid,

5,0 mg Galliumtriiodid,

oder wenn das Innenvolumen des Entladungsgefäßes etwa 11 cm³ beträgt, je cm³

2,30 mg Quecksilber,

0,46 mg Indiummonoiodid,

0,32 mg Thalliummonoiodid,

0,46 mg Galliumtriiodid.

Diese Mengenanteile können in Abhängigkeit von dem gewünschten Ziel verändert werden. Unterstellt man, daß eines der wesentlichen Ziele der gebildeten Strahlung die Blaustrahlung des Indiums einer Wellenlänge von 4511 Ä ist und daß diese Strahlung eine Resonanzstrahlung ist, dann ist immer wesentlich, daß diese Strahlung nicht wesentlich selbst absorbiert wird, was der Fall sein dürfte, wenn man den Anteil an Indiumiodid zu sehr erhöhen würde.

Man kann die Spektralverteilung der Strahlung verändern, um beispielsweise entweder die Bildung von blauem Licht oder die Bildung von grünem Licht oder rotem und violettem Licht zu fördern, indem man jeweils die Anteile an Indiumiodid, Thalliumiodid oder Galliumiodid erhöht.

Bei der Entladung geben die Triiodide einen erheblichen Anteil Rot bei und erleichtern dadurch das Freihalten der Wände, innerhalb denen die Entladung stattfindet, von allen schädlichen Niederschlägen, weil sie den Iodidkreislauf begünstigen, der bekanntlich zur Vermeidung von Wolframniederschlägen in Glühlampen geeignet ist.

Die Verwendung von Galliumiodid, das rotes Licht einer Wellenlänge von 6414 bis 6397 Ä aussendet, hat die Bildung von violettem Licht einer Wellenlänge von 4082 bis 4172 A zur Folge. Diese vom Gesichtspunkt der Herstellung von sichtbarem Licht weniger wirksame Violettstrahlung kann vorzugsweise dazu verwendet werden, einen Leuchtstoff anzuregen, der in einem Kolben niedergeschlagen ist, der das Entladungsgefäß mit dem Quecksilberdampf und dem Iodiddampf enthält. Dieser Leuchtstoff muß bei der erhöhten Temperatur des Kolbens eine gute Wirksamkeit haben und besteht beispielsweise aus Magnesiumfluorgermanat, das rotes Licht aussendet, oder vorzugsweise aus den Orthophosphaten von Strontium und gegebenenfalls Zink, die mit Zinn aktiviert sind und Orangestrahlung oder Gelbstrahlung aussenden und dazu beitragen, das Lichtgleichgewicht in den verschiedenen Teilen des Spektrums herzustellen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die F i g. 1 und 2 der Zeichnungen zeigen schematisch Beispiele für zwei Quecksilberdampf hochdruck-Lampen, nachfolgend auch kurz Lampen genannt. In den F i g. 1 und 2 ist das Entladungsgefäß mit 1 bezeichnet; es besteht aus einem durchsichtigen Rohr aus geschmolzenem Siliciumdioxyd, das einen Innendurchmesser von etwa 15 mm hat und an jedem Ende eine Elektrode 2 und 12 enthält. Jede dieser Elektroden besteht beispielsweise aus einer Wolframstange, die von einer zylindrischen Wendel aus Wolframdraht umgeben ist, und ein Stück metallisches Thorium wird durch die Wendel auf die Stange gedrückt. Eine Hilfselektrode 3 ist an einer Seite angeordnet, in der Nachbarschaft einer der Hauptelektroden, um die Zündung zu erleichtern. Ein Widerstand 5 von etwa 20 000 Ohm ist zwischen der Hilfselektrode und der entgegengesetzten Hauptelektrode eingeschaltet.

In F i g. 1 ist das Entladungsgefäß 1 axial in einem zylindrischen Außenkolben 6 aus Hartglas bekannter Art mit Hilfe eines Metallträgers befestigt.

Um die Enden des Siliciumdioxyd-Entladungsgefäßes sind wärmeisolierende Teile 4, 14 angeordnet, die aus einem Metallstreifen aus poliertem Nickel bestehen und durch thermische Isolierung gegen den Lampenfuß isoliert sind, die beispielsweise aus Glaswolle bestehen. Auf diese Weise ist es möglich, Wärmeverluste durch die Enden des Entladungsgefäßes sehr stark zu verringern, insbesondere dann, wenn diese Enden Quetschfüße großer Oberfläche haben. Man kann auf diese Weise eine ausreichend hohe Temperatur in der Größenordnung von 600⁰C aufrechterhalten am Kältepunkt des Entladungsgefäßes, wodurch eine mögliche Kondensation der verwendeten Produkte vermieden und eine schnellere Inbetriebnahme ermöglicht wird.

Das Entladungsgefäß 1 enthält ein Edelgas wie Argon unter einem Druck in der Größenordnung von 20 mm Hg oder eine Mischung von Edelgasen und eine Menge 10 an Quecksilber in der Größenordnung von 25 mg, um bei einem Verbrauch von 400 Watt eine wirksame Spannung von 135 Volt zu erhalten. Dem Quecksilber sind die Metalliodide der vorstehend angegebenen Art zugegeben und als Schicht 11 dargestellt. Solche Lampen haben eine Zündspannung in der Größenordnung von 250 Volt und können auf über 220 Volt bei Verwendung von erwärmten Elektroden insbesondere zur Zündung gebracht werden.

Das dargestellte Entladungsgefäß 1, das 400 W verbraucht und die angegebenen Maße hat, enthält im Betrieb nur trockene Dämpfe, selbst wenn kein Vakuum in dem Raum zwischen dem Entladungsgefäß und dem Außenkolben 6 besteht. In diesem Fall kann der Zwischenraum mit einem neutralen Gas gefüllt sein. In allen Fällen erlaubt jedoch die Verwendung eines Vakuums eine schnellere Inbetriebnahme.

Bei der Lampenform gemäß F i g. 2 verwendet man als Außenkolben einen ellipsoidförmigen Kolben 8, auf dessen Innenfläche eine Leuchtstoffschicht 9, wie Zinkorthophosphat oder Strontiumorthophosphat, das

mit Zinn aktiviert ist, oder Magnesiumfluorgermanat niedergeschlagen ist. Die Fluoreszenz dieses Materials modifiziert die Farbe des von der Lampe ausgeschickten Lichtes. Es ist möglich, gleichzeitig mehrere Leuchtstoffe zu verwenden.

Unter Umständen ist es vorteilhaft, die Kolben 6 und 8 aus schwachgelbgefärbtem Glas herzustellen oder im Inneren dieser Kolben eine Schicht niederzuschlagen, die ganz oder teilweise aus einem gelben Pigment besteht. Man erhält damit ein Licht mit einer im Bereich großer Wellenlängen besonders betonten Komponente.

Die vorstehend angegebenen Mittel können mit vergleichbaren Ergebnissen bei sehr hohen Leistungsbereichen angewendet werden, wobei gegebenenfalls die Abmessungen des Entladungsgefäßes 1 verändert werden. In allen Fällen muß beim Betrieb das Quecksilber und die Iodide im Zustand von trockenem Dampf vorliegen.

Die erfindungsgemäßen Lampen haben folgende Vorteile: Durch Anwendung der Bestandteile der Entladungsatmosphäre im Zustand von trockenem Dampf erhält man eine konstante Farbe der ausgesandten Strahlung, wobei diese Farbe praktisch von den Herstellungsbedingungen, der Dauer und den Änderungen der Beschickungsbedingungen unabhängig ist. Weiter wird die Herstellung von beständigen absorbierenden Ablagerungen vermieden. Es wird möglich, Metallverbindungen der selben Gruppe des periodischen Systems von Mendeljef zu verwenden, die sehr ähnliche chemische Eigenschaften besitzen, so daß der Schutz gegen die Einwirkung dieser Metalle sehr einfach wird. Es ist möglich, Metallverbindungen zu verwenden, die gegenüber den Elementen des Entladungsgefäßes keine erhebliche chemische Aktivität aufweisen. Durch die Verwendung eines der Halogenide in Form des Triiodids wird die Wirkung des Iodids mit Bezug auf die Verflüchtigung des Metalles, das von den Elektroden kommt und sich auf den Wänden ablagert, verstärkt. Man erhält ein besonders weißes Licht durch die Kombination der Spektren der verschiedenen Elemente verbunden mit einer hohen Lichtausbeute.
. Die Lampen mit den vorstehend angeführten Vorteilen haben auch eine verbesserte Lichtausbeute, so daß es nicht nötig wird, hierfür besonders hohe Leistung zu verbrauchen im Verhältnis zu den Abmessungen. Auf diese Weise werden Nachteile von erhöhten Temperaturen aufgrund einer erhöhten Entladung vermieden, nämlich eine schnelle Entglasung des die Wandungen des Entladungsgefäßes bildenden Siliciumdioxyds, eine schnelle Zerstörung des Entladungsgefäßes, Beschleunigung der physikalischen und chemischen Vorgänge und wahrscheinlich Ablagerung lichtundurchlässiger Metallniederschläge auf den Gefäßwandungen und möglicherweise ein Angriff auf das Siliciumdioxyd.

Die nachstehende Tabelle zeigt den charakteristischen elektrischen Bereich, der bei 400-Watt-Lampen mit verschiedenen Zusammensetzungen gute Ergebnisse gibt:

	Minimum	Mittel	Maximum	Elektroden	15 mm
ίο Stromdichte in einem	0,7	1,5	2,5		65 mm
Querschnitt zur Ent					55 mm
ladung (Amp/cm2)					10 cm3
Watt je cm Entladung	40	75	180
Watt je cm2 Innen-	10	14	20
15 oberfläche
Watt je cm3 Innen	15	30	100
volumen des Ent
ladungsgefäßes
Potentialgradient	10	25	50
20 (Volt/cm)
Die »mittleren« Eigenschaften	entsprechen einem
Gefäß mit etwa folgenden Abmessungen:
Innendurchmesser
25 Innenlänge
Länge zwischen den 1
Innenvolumen
Das Gefäß enthält:

25 mg Quecksilber,
10 mg Indiumtriiodid,

5 mg Thalliummonoiodid,

5 mg Galliumtriiodid,

Argon unter einem Druck von 20 mm Quecksilber bei 15⁰C

Bei einer Leistung von 125 W bis 2000 W betragen die praktischen Ladungsgrenzen noch 10 bis 20 W je cm² der Innenoberfläche.

Die Herstellung der Lampen kann auf verschiedene Weise erfolgen.

Man kann beispielsweise das gesamte oder einen Teil des Quecksilbers in Form des Iodids oder eines anderen Halogenids einführen, wobei gegebenenfalls der Anteil des Triiodids oder der anderen Trihalogenide verringert wird oder ganz entfällt. Man kann auch andere Halogenide als die Iodide und Iodide anderer Metalle verwenden, als sie vorstehend angegeben wurden, unter der Bedingung, daß diese Halogenide im Zustand von trockenem Dampf vorliegen, wenn die Lampen bei normalem Betrieb im Gleichgewichtzustand steht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Quecksilberdampfhochdrucklampe mit einer Edelgasatmosphäre und Zusätzen von Indium-, Thallium- und Galliumhalogeniden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtanteil der zugesetzten Halogenide bis 6 mg je cm³ des Volumens des Entladungsgefäßes beträgt, daß sich die Halogenide während des Betriebes im Zustand von trockenem Dampf befinden, daß die elektrische Belastung der Lampe zwischen 10 und 20 Watt je cm² der Innenfläche des Kolbens beträgt und daß die Gewichtsanteile der verschiedenen Halogenide innerhalb folgender Grenzen liegen:

20 bis 50% Indiummonoiodid,
20 bis 40% Thalliummonoiodid,
10 bis 50% Galliumtriiodid,