DE1539498C3

DE1539498C3 - Gasentladungslampe mit positiver Strom-Spannungs-Kennlinie

Info

Publication number: DE1539498C3
Application number: DE1539498A
Authority: DE
Inventors: Gerardus Josephus Marie Ahsmann; Jan Willem Van Der Laarse; Hans Joachim Gustav Meyer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1965-08-28
Filing date: 1966-08-23
Publication date: 1975-09-25
Also published as: GB1152719A; DE1539498A1; BE686073A; US3439209A; ES330611A1; NL6511266A; FI41416B; NO120120B; SE303334B; DE1539498B2; CH477090A; AT266259B

Description

Die Erfindung betrifft Gasentladungslampen mit Glühkathode und positiver Strom-Spannungs-Kennlinie deren Entladungsrohr außer einem Edelgas zwei flüchtige Metalle mit unterschiedlicher Ionisationsspannung enthält, von denen mindestens eines ein Alkalimetall ist.

Gasentladungslampen mit positiver Strom-Spannungs-Kennlinie, bei denen also eine Bogenentladung mit Strahlungsemission von der positiven Säule her auftritt, können ohne Vorschaltgerät, also ohne Ballast, an das Speisenetz angeschlossen werden. Die Strahlungsemission kann dabei sowohl im sichtbaren als auch im unsichtbaren Teil des Spektrums liegen. Die unsichtbare Strahlung,z. B. Ultraviolettstrahlung, kann gegebenenfalls durch Lumineszenz in sichtbares Licht umgewandelt werden.

Eine bekannte Lampe dieser Art (französische Patentschrift 1 091 314) mit einer Füllung von Edelgas. .Alkalimetall und Quecksilber wird derart betrieben.

daß alles Gas und aller Dampf ionisiert ist, womit angestrebt wurde, eine positive Strom Spaiinungs-Kennlinie zu erzielen, so daß ein Vorschaltgerät \ei mieden werden konnte. Der dieser Lampe zugrunde liegende Gedanke ist, daß der Dampfdruck des Quecksilbers infolge der Legierung mit einem Alkalimetall so niedrig ist, daß durch Erschöpfung der Anzahl ionisierbarer Atome die Anzahl von Ladungsträgern bei zunehmendem Strom nicht oder doch kaum

ίο zunimmt. Da jedoch angegeben wird, daß auch das Edelgas ionisiert wird, kann nur dann eine positive Kennlinie erhalten werden, wenn der Druck des Edelgases sehr niedrig ist, d. h. ein Tausendstel Millimeter oder weniger. Bei diesem Druck kann jedoch keine positive Säule, wohl aber eine andere Art von Entladung mit geringer Lichtausbeute auftreten, Auße'rdem ergibt der niedrige Gasdruck Schwierigkeiten beim Zünden und infolge Elektrodenzerstäubung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Gasentladungslampen mit positiver Strom-Spannungs-Kennlinie bei üblichen Entladungsverhältnissen und einer höheren Lichtausbeute zu schaffen.

Dies wird bei einer Lampe eingangs erwähnter Art dadurch erreicht, daß das Metall mit höherer Ionisa-

■!5 tionsspannung Quecksilber und das Metall mit der niedrigeren lonisationsspannuug Cäsium ist, dessen Anteil 40 bis 75 Atomprozent der Metallmenge bildet, und daß die Wandtemperatur des Entladungsrohre-, im Betrieb 353 bis 403° beträgt und tier Edelgasdruck

λ° in der Größenordnung von 0,1 bis 10 Torr liegt.

Eine andere Lampe dieser Art weist das Kennzeichen auf, daß das Metall mit höherer Ionisationsspannung Quecksilber und das Metall mit der niedrigeren Ionisationsspannung Natrium ist mit Anteilen von 98 Atomprozent Natrium und 2 Atomproz.ent Quecksilber, und daß die Wandtemperatur des Entladungsrohres im Betrieb etwa 483° K beträgt und der Edeigasdruck in der Größenordnung von 0,1 bis 10 Torr liegt.

Eine weitere Lampe (.lieser Art ist dadurch gekennzeichnet, daß das Metall mit höherer Ionisationsspannuiig Natrium und das Metall mit der niedrigeren Ionisationsspannung Cäsium ist, dessen Anteil an der Metallmenge weniger als \'7o beträgt, und daß die

»5 Waudtemperatur des Entladungsrohres im Betrieb 4λ3 bis 543" K beträgt und der Edelgasdruck in der Größenordnung von 0,1 bis 10 Torr liegt.

Wie in solchen Lampen üblich, dient das Edelgas dazu, die positive Säule zu erhalten, die Zündung zu erleichtern und der Zerstäubung der Elektroden entgegenzuwirken. Die lonisationsspannung der Edelgase ist stets höher als die der flüchtigen Metalle. Die flüchtigen Metalle und die Waiultemperatur des Entladungsrohres bedingen die positive Strom-Spannungs-Kennlinie und die Lichtausbeute der Lampe. Das Metall mit der höheren lonisationsspannung dient zur Strahlungserzeugung, während das Metall mit der niedrigeren lonisationsspannung als stromführende Komponente wirkt, welche die positive Strom-Spannungs-Kennlinie erzeugt.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß infolge des niedrigen Drucks des Metalls mit der niedrigeren lonisationsspannung eine gewisse Sättigung des Ionisationsgrads in der positiven Säule unter Betriebsverhältnissen erzielt wird. Bei Erhöhung des Stromes muß zum Vergrößern der Anzahl Ladungsträger der longitudinal Spannungsgradient in eier positiven Säule zunehmen, wodurch die Kennlinie einen

positiven Charakter annimmt, der erst verschwindet, wenn der Spannungsgradient in der positiven Säule so groß geworden ist, daß auch das zweite Metall und gegebenenfalls das Edelgas in erheblichem Maße ionisiert werden. Der Vorteil einer solchen Lampe nach der Erfindung besteht nicht nur in der positiven Strom-Spannungs-Kennlinie, wobei die Vorschaltimpedanz wegfallen kann, sondern auch darin, daß der Druck des die Emission liefernden Metalls so gewählt werden kann, daß diese den in bezug auf den Lampendurchmesser für die Strahlungserzeugung günstigsten Wert hat. Bei den bisher üblichen Lampen mußte der Dampfdruck des Strahlung erzeugenden Metalls auch die Bedingungen der Stromführung erfüllen, was bedeutete, daß die Anforderungen für die Stromführung und die Strahlungserzeugung zu einem Kompromiß gebracht werden mußten.

Bei Zumischung etwaiger anderer Metalle soll der Einfluß auf den Dampfdruck des Metalls, das im wesentlichen die Stromführung herbeiführt, und auf den Dampfdruck des Metalls, das im wesentlichen die Strahlung erzeugt, berücksichtigt werden. Die zuge-/ mischten Metalle können dabei auch noch zur Stromführung und Strahlungserzeugung beitragen.

Bei einer Lampe nach der Erfindung wird sich bei zunehmender Stromstärke und bei zunehmendem Ionisationsgrad die Strahlungserzeugung vom Teil um die Achse her allmählich zur Wand hin ausdehnen. Dies erfolgt in vielen Fällen zunächst am Anodenende des Entladungsraumes. Der günstigste Kompromiß zwischen Stabilität ohne Vorschaltgerät und geringer Selbstabsorption in der Säule wird erzielt, wenn die Grenze zwischen Strahlungserzeugung im ganzen Querschnitt und Strahlungserzeugung in dem achsennahen Teil annähernd in der Mitte des Entladungsraumes liegt.

Zur Vermeidung von Wärmeverlusten können die Lampen nach der Erfindung von einer isolierenden Hülle umgeben sein.

Alle im folgenden erwähnten bekannten Lampen besitzen keine positive Strom-Spannungs-Kennlinie und benötigen zum Betrieb ein Vorschaltgerät.

Aus der USA.-Patentschrift 1 961 750 ist eine Na- % triumentladungslampe bekannt, die etwa §91 Gewichtsprozent Natrium und S= 9 Gewichtsprozent Quecksilber enthält. Demgegenüber weist eine Lampe nach der Erfindung 85 Gewichtsprozent Natrium und 15 Gewichtsprozent Quecksilber auf. Bei der Lampe nach der Erfindung ist also erheblich mehr Quecksilber vorhanden als bei der bekannten Natriumentladungslampe. Die Lampe nach der Erfindung erzeugt eine Quecksilberstrahlung, wobei das Natrium lediglich als stromführende Komponente, d. h. zur Erzielung einer positiven Strom-Spannungs-Kennlinie, dient. ■

Auch die aus der USA.-Patentschrift 2 042 261 bekannten Lampen mit einem Edelgasdruck von etwa 1 Torr benötigen zum Betrieb ein Vorschaltgerät.

In dem deutschen Gebrauchsmuster 1846 694 ist lediglich für eine Natriumdampflampe angegeben, wie z. B. die Temperatur des Entladungsgefäßes gewählt werden muß, um eine hohe Lichtausbeute zu erreichen; es wird aber nichts darüber gesagt, wie man innerhalb bestimmter Temperaturgrenzen des Entladungsgefäßes in Verbindung mit anderen Maßnahmen zu einer Entladungslampe mit positiver Strom-Spannungs-Kennlinie kommen kann.

ίο Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, es zeigt

Fig. 1 eine Lampe nach der Erfindung,
Fig. 2 einige Meßergebnisse dieser Lampe in graphischer Darstellung.

¹S In Fig. 1 besteht die Lampe 1 aus einem Rohr 1 aus hartem Glas mit einem Innendurchmesser von 30 mm und einer Länge von 750 mm. In der Lampe befinden sich zwei Elektroden 2 und 3 mit diese umgebenden Nickelringen 4 und 5. Das Rohr hat eine Füllung von 3 mm Argon und enthält weiter eine Menge von 200 mg einer Legierung von 45 Atomprozent Quecksilber und 55 Atomprozent Cäsium. Bei einer Wandtemperatur von 353° bis 403° K beträgt der Quecksilberdruck etwa 2 X 10~³ Torr und der des Cäsiums 2 X 10"⁴ Torr.

In Fig. 2 ist die Spannung über der Lampe nach Fig. 1 in Volt bei einer Gleichstromentladung zwischen etwa 100 und 500 mA aufgetragen. Bei den Messungen hatte die Röhrenwand die in den Strom-Spannungs-Kennlinien angegebenen Temperaturen; diese Temperaturen wurden durch ein zweites umgebendes Rohr 6 mit Erhitzungsdraht geregelt. Es ist deutlich ersichtlich, daß die Gesamtspannung der Lampe bei zunehmendem Strom stark zunimmt und daß das Maximum dieser Kennlinien bei einem Strom auftritt, der bei ansteigender Wandtemperatur zunimmt. Der Cäsiumanteil kann zwischen 40 bis 75 Atomprozent variiert werden unter gleichzeitiger Änderung des Quecksilberanteils.

Bei Natrium als stromführende Komponente in dem Rohr nach Fig. 1 wurde eine Zusammensetzung von 98 Atomprozent Natrium und 2 Atomprozent Quecksilber benutzt: Die Temperatur ist dann etwa 483° K.

In beiden Fällen kann nicht nur eine Gleichstromentladung sondern selbstverständlich auch eine Wechselstromentladung benutzt werden, was für die Praxis wichtiger ist.

Bei Natrium als Licht erzeugendes Gas wird eine Legierung gewählt, die weniger als 1% Cäsium bei einer Temperatur von 483 bis 543° K enthält, wobei der Druck des Cäsiums 2 X 10~⁴Torr und der Druck des Natriums 2 X 10"³ Torr beträgt. Die genaue Zusammensetzung der Legierung und die Wahl der Temperatur hängen von den jeweiligen Anforderungen ab, d. h. entweder Maximalwirkungsgrad oder Maximallichtausbeute oder ein Kompromiß zwischen diesen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasentladungslampe mit Glühkathode und positiver Strom-Spannungs-Kennlinie, deren Entladungsrohr außer einem Edelgas zwei flüchtige Metalle mit unterschiedlicher Ionisationsspannung enthiilt. von denen mindestens eines ein Alkalimetall ist. da du rch ge ke η η ze ich nc t, daß das Metall mit höherer Ionisationsspannung Quecksilber und das Metall mit der niedrigeren Ionisationsspannimg Cäsium ist. dessen Anteil 40 bis 75 Atomprozent der Metallmenge bildet, und daß die Wandtemperatur des Entladungsrohres im Betrieb 353 bis 403" K betragt und der Edelgasdruck in der Größenordnung von OJ bis 10 Torr liegt.

2. Gasentladungslampe mit Glühkathode und positiver Stroin-Spannungs-Kennlinie. deren Entladungsrohr außer einem Edelgas zwei flüchtige Metalle mit unterschiedlicher Ionisationsspaniuing enthält, von denen mindestens eines ein Alkalimetall ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall mit höherer Ioiüsationsspanining Quecksilber und das Metall mit der niedrigeren Ionisationsspannung Natrium ist mit Anteilen von 98 Atomprozent Natrium und 2 Atomprozent Quecksilber, und daß die Wandtemperatur des Entladungsrohres im Betrieb etwa 4<S3° K beträgt und der Edelgasdruck in der Größenordnung von 0,1 bis 10 Torr liegt.

3. Gasentladungslampe mit Glühkathode und positiver Strom-Spannungs-Kennlinie, deren Entladungsrohr außer einem Edelgas zwei flüchtige Metalle mit unterschiedlicher Ionisationsspannung enthiilt, von denen mindestens eines ein Alkalimetall ist. dadurch gekennzeichnet, daß das Metall mit höherer Ionisationsspannung Natrium und das Metall mit der niedrigeren Ionisationsspaniuing Cäsium ist. dessen Anteil an der Metallinenge weniger als \^r'o beträgt, und daß die Wandtemperatur des Entladungsrohres im Betrieb 4S3 bis 543' K beträgt und der Edelgasdruck in der Größenordnung von 0,1 bis K) Torr liegt.