DE1639110C - Hochdruck Natriumdampflampe - Google Patents

Description

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lampe nach der Erfindung werden nun Natrium- F i g. 4 ein Diagramm, in dem die freie Energie; der Verluste durch Verwendung einer reaktionsfähigen Reaktion (1) (in Kilokalorien) gegen die Temperatur Metallsubstanz verhindert, die innerhalb des Innen- von Yttrium und seines entsprechenden Oxids aufgekolbens oder in sauerstoffdurchlässi,ger Verbindung tragen ist für: (i) reines Natrium, (ii) Amalgam aus mit dem Innenkolben unter Bedingungen angeordnet 5 70 Atomprozent Natrium und 30 Atomprozent Queckist, bei denen die folgende Gesamtrsaktion silber und (iü) Amalgam aus 50 Atomprozent Natrium

und 50 Atomprozent Quecksilber, wobei sich sowohl

NaAJO₂ ■+- XM -*■ Na + MXO„,_S + ¹UAd₂O₃ (I) das Amalgamreservoir als auch die niedrigste Aluminiumoxidtemperatur bei 950⁰K und auch bei

mit negativer freier Energie und mit einer Reaktions- io 1000⁰K befindet.

geschwindigkeit abläuft, die schneller ist als die folgen- Die in F i g. 1 dargestellte Hochdruck-Natrium-

den Aluminat bildenden Reaktionen dampflampe 1 besteht aus einem transparenten Außen-

/~\ λ /<~λ λ kolben 2 aus Glas mit einer eiförmigen oder ovalen

Na(L, O) + /₄ O₂(O) + /₂ Al₂O₃(S) _{Form Der Hals} 3 _des Außenkolbens wird von einem

^ NaAlO₂(S) (2) _l5 zurücktretenden Fuß 4 abgeschlossen, der eine

Na(L, G) + ²/₃ Al₂O₃(S) Quetschung 5 besitzt, durch die sich steife Draht-

·>■ NaAlO (S) -f- V Al(L) (3) leitungen 6 und 7 erstrecken. Die Drahtleitung 6 und

**" ³ die Drahtleitung 7 sind an ihren äußeren Enden mit der

Die Buchstaben (G), (L) und (S) bedeuten gas- Gewindehülse 8 und dem mittleren Kontakt 9 einer förmigen, flüssigen und festen Aggregatszustand. Als *° herkömmlichen Schraubfassung verbunden,
reaktionsfähige Metallsubstanzen werden erfindungs- Der Innenkolben 12, der die eigentliche Entladungsgemäß Yttrium, Cer und Lutetium vorgesehen, da lampe bildet, ist aus gesintertem, sehr dichtem, polydiese Metalle schnelle Reaktionsgeschwindigkeiten zu kristallinem keramischem Aluminiumoxidmaterial herder rechten Seite von Gleichung (1) in einem für die gestellt, wie es in dem USA.-Patent 3 026 210 beHochdruck-Natriumdampflampe geeigneten Tempe- »5 schrieben wird. Wolframelektroden 16 und 17 sind am raturbereich gewährleisten, ohne daß nachteilige oberen Ende und am unteren Ende des rohrförmigen Nebeneffekte, beispielsweise chemische Reaktionen mit Innenkolbens 12 auf Endkappen 18 und 19 aus Niob anderen Bestandteilen der Lampe, hohe Flüchtigkeit angeordnet, die hermetisch mit dem Aluminiumoxid oder Radioaktivität auftreten. Die vorgenannten verbunden sind. Die Schäfte der Elektroden 16 und 17 Metalle können zusätzliche komplexe Natrium-Cal- 3° werden von Niobrohren 20 und 21 getragen, die sich cium-Magnesiumaluminate destabilisieren, die gebildet hermetisch abgedichtet durch die Endkappen 18 und 11 werden können, wenn der aus dicht gesintertem Alu- erstrecken. Jede Elektrode besteht aus einer doppell miniumoxid bestehende Innenkolben mit Endkappen gewickelten Wolframdrahtspule, wobei die Zwischenaus Niob unter Verwendung von Glas abgedichtet räume mit einem elektronenemittierenden Material wird. 35 gefüllt sind. Dieses Material besteht vorzugsweise aus

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin- einem Erdalkalimetalloxid einschließlich Bariumoxid

dung wird die reaktionsfähige Metallsubstanz, insbe- Das Rohr 21 ist bei 21a durchbohrt und wird während

sondere Yttrium, innerhalb einer evakuierten Kammer der Herstellung verwendet, um eine inerte Gasfüllung

angeordnet, die von dem Aluminiumoxidkolben durch wie beispielsweise Xenon und das Natrium-Queck-

eine Scheidewand abgetrennt ist, die bei Betriebs- 40 süberamalgam in den Innenkolben einzuführen. Da:

temperatur sauerstoffdurchlässig ist. Bei Verwendung untere Ende des Rohres 21 wird danach durch eins

von Niob-Endkappen zum Abschließen des Alumi- kalte Schweißung bei 21 ft hermetisch abgequetscht

niumoxidkolbens wird vorzugsweise Yttrium in eine Eine bestimmte Menge Amalgam, die in der Zeichnunj

an eine N^;.ob-Endkappe aufgeschweißte Niob-Ab- in einer etwas größeren Menge dargestellt wird al·

dampfröhre eingekapselt. Niob wirkt dabei als semi- 45 tatsächlich vorhanden, ist als Amalgamreservoir 26 ir

permeable Membran, durch die Sauerstoff schnell zum der unteren Endkappe 19 vorhanden. Überschüssige!

Yttrium gelangen und mit diesem reagieren kann. Da Amalgam kann sich ebenfalls in dem hervortretender

das Yttrium physikalisch vom Innenraum des Innen- Teil des Rohres 21 sammeln.

kolbens abgetrennt ist, kann es zwischen Yttrium und Das obere Ende des Innenkolbens 12 wird innerhalb

dem in der Füllung befindlichen Quecksilber nicht zur 50 des Außenkolbens 2 mittels einer Verbindung 22' unc

Bildung von Amalgam kommen. einem Stabrahmen 22 getragen, der sich von dei

Die Erfindung wird nun näher an Hand von Zeich- Zuleitung 6 bis zu einer Vertiefung 24 erstreckt, an dei

nungen erläutert, in denen zeigt er mit einer elastischen Klammer 25 verankert ist.

F i g. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Aus- Das untere Ende des Innenkolbens ist mit der Zu

führungsform einer Hochdruck-Natriumdampflampe 55 leitung 7 mittels der Verbindung 23' und einem kurzei

nach der Erfindung, bei der Teile des Außenkolbens Ende des Stabes 23 verbunden. Ein Bügel 27 verbinde

weggelassen worden sind, die Stäbe 22 und 23 in mechanischer Weise, um dii

F i g. 2 eine vergrößerte Teilansicht einer geeigneten Anordnung zu versteifen. Ein Isolierkörper 28 verhin

Ausführungs'orm der obeien Endkappenanordnung dert einen Kurzschluß. Der Zwischenraum zwischei

für einen Innenkolben nach F i g. 1, 60 Innenkolben und Außenkolben wird evakuiert. Die

F i g. 3 ein Diagramm, in dem die freie Energie der wird vor dem Abdichten des Außenkolbens durchge

Reaktion (1) (in Kilokalorien) gegen die Temperatur führt. Anschließend wird ein herkömmlicher Getter

für Zirkon, Scandium, Magnesium, Yttrium und Cer beispielsweise ein geeignetes Bariummetallpulver, da

als Metall M für den Fall eines Amalgams aus in die kanalisierten Ringe G, G' eingepreßt worden isl

70 Atomprozent Natrium und 30 Atomprozent Queck- 65 nach dem Abdichten gezündet, um ein gutes Vakuun

silber eingetragen ist, wobei sich sowohl das Amalgam- sicherzustellen.

reservoir als auch die niedrigste Aluminiumoxid- In F i g. 2 ist eine vorteilhafte Ausführungsforn

temperatur bei 1000⁰K befindet, einer Endkappenanordnung dargestellt. Sie besteht au

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einer Niobkappe30 und einem Niobrohr20, das sich und es wird Natriumaluminat und Aluminium gebildet,

durch das schmalere obere Ende der Kappe 30 er- Diese Reaktion wird durch die folgende reversible

streckt und daran durch Anschweißen vakuumdicht Gleichung dargestellt: angebracht ist. Das untere Ende der Kappe 30 mit dem

größeren Durchmesser umfängt das obere Ende des 5 Na(L₁G) 1-²Z₃AI₂Oi₁(S)

Aluminiumoxidinnenkolbens 12 und ist daran mittels ^ NaAIO₂(S) |- '/a Al(L) (3) einer keramischen Abdichtmassc 34 vakuumdicht befestigt. Die keramische Abdichtmasse 34 besteht aus Die Bedeutung der Buchstaben in den Klammern ist Aluminiumoxid, Kalziumoxid und wahlweise Magne- die gleiche wie oben bereits angegeben, siumoxid. Der Schaft der Wolframelektrode 16 wird io I_n der Hochdruck-Natriumdampflampe nach der vom unteren gefalteten Ende des Rohres 20 gehalten Erfindung wird der Ablauf der Reaktionen (2) und (3) und ist daran durch Faltung und Anschweißen befestigt, in Richtung nach rechts verhindert, indem eine und zwar bei 20a. Dadurch ist das Rohrende dicht Konkurrcnzreaktion hervorgerufen wird, bei der ein abgeschlossen. Das Rohr 20 bildet eine Kammer 35 zur Metall M nach Gleichung (1) oxydiert wird. Damit ein Aufnahme einer reaktionsfähigen Metallsubstanz. Die 15 Metall in wirksamer Weise die Aluminatbildung verKammer 35 wird nach Füllen mit einer reaktionsfähi- hindert, muß das Metal! M und sein korrespondicrcngen Metallsubstanz in geeigneter Weise mit Yttrium 38 des Oxid auf einer Temperatur gehallen werden, die in Teilchenform an ihrem äußeren Ende 20fr oberhalb ausreichend niedrig ist, damit die freie Reaklionsdcr ringförmigen Nabe 36 mechanisch verschlossen, energie der Reaktion (1) bei den entsprechenden Temjcdoch nicht hermetisch abgedichtet. 2° peraturcn des Aluminiumoxids und des verwendeten Bei der Herstellung der in F i g. 2 dargestellten An- Amalgams und bei der entsprechenden Amalgamordnung wird der Schaft der Elektrode 16 an das zusammensetzung negativ ist. Die maximalen Tempe-Rohr20 angeschweißt, welches seinerseits an die raturen, bei denen die freie Rcaklionsenergie gerade Kappe 30 angeschweißt wird. Dies geschieht in vorteil- negativ ist, werden in F i g. 3 bei Λ F" = 0 für Zirkon, liaftcr Weise durch Elektronenstrahlschweißen im 25 Scandium, Magnesium, Cer und Yttrium dargestellt. Vakuum. Wolframtrioxid wird dann auf der Abdich- und zwar durch die Kurven A, B, C, D und /; für tungsoberfläche der Kappe geschichtet und im Vakuum Amalgam aus 70 Atomprozenl Natrium und 30 Atomgesintert. Hin (Jberzug aus einer keramischen Abdicht- prozcnt Quecksilber mit einem Amalgamreservoir masse wird im Vakuum über den Wolframtrioxid- und einer niedrigsten Aluminiumoxidlemperalur bei überzug aufgesintert. Reine Yttriumteilchen 38 werden 30 1000'K. Die Wirkung der Amalgammsammensetzung in das Rohr 20 gegeben, das bei 2Qb abgekniffen wird. auf die maximale effektive Temperatur des Yttriums ohne daß es hermetisch abgedichtet wird. Elektronen- wird ebenfalls in F i g. 4 bei Λ F° 0 gezeigt. Die emittierendes Material wird für die Elektrode ver- Kurven /·", (/ und // gelten für reines Natrium, Amalwcndel, und Zirkonhydrid kann auf der Außenseite der garn aus 70 Atomprozent Natrium und 30 Atom-Niobkappe30 und des Niobrohres20 aufgepinselt 35 prozenl Quecksilber und Amalgam aus 50 Atomwerden, um ein Brüchigwerden zu verhindern. Die prozenl Natrium und 50 Atomprozent Quecksilber, Endkappe und eine weitere Endkappe, die ähnlich wobei sich das Amalgamreservoir und die niedrigste behandelt worden ist, jedoch keine Yttriumfüllung Aluminiumoxidtemperatur bei 1000'K befinden. Die aufweist, werden mit einem Aluminiumoxidkolben 12 Kurven /, ./und A'gelten für reines Natrium, Amalgam zusammengestellt, und diese Anordnung wird in einem 40 aus 70 Atomprozent Natrium und 30 Alomprozenl Vakuum bis auf eine Temperatur gebrannt, die aus- Quecksilber und Amalgam aus 50 Alomprozenl reicht, um die Abdichtmasse zu schmelzen. Natrium und 50 Atomprozent Quecksilber, wobei sicli Natriumvcrluste treten in einem keramischen Alu- das Amalgamreservoir und die niedrigste Aluminiumminiumoxidlampenkolben in Gegenwart von Sauer- oxidtemperatur bei SKXTK befinden. Die maximaler stoff auf, wenn Sauerstoff oxydiert wird und mit AIu- 45 effektiven Temperaturen für intermediäre 7usammen· miniumoxid reagiert und dabei Natriumaluminat bil- Setzungen oder andere Endkappentemperaturen lasser dct. Die gesamte Reaktion ist reversibel und kann sich leicht berechnen.

durch folgende Gleichung dargestellt werden: Bei der Wahl eines geeigneten Metalls zur Verhinde

rung der Aluminatbildung ist es notwendig, sowohl dii

Na(L, Cj) ! '/₄ O₂(Ci) i '/2AU⁰S(S) ⁵° maximalen als auch die minimalen Temperaturen zi

^ NaAlO₂(S) (2) kennen, bei denen das Metall wirksam wird. In de Tabelle sind Metalle aufgeführt, die sich zur Ver

Die Buchstaben (G), (L) und (S) bezeichnen den hinderung der Aluminatbildung eignen. In der Tabell

gasförmigen, flüssigen und festen Zustand. Die Reak- sind die wirksamen Minimal- und Maximaltempera tion (2) wird so lange stattfinden, wie Sauerstoff inner- 55 türen als auch die bevorzugte Temperatur für di

halb des Kolbens vorhanden ist. Die beschriebenen Lampen bei einem Amalgamreservoir und einer mim

Niobendkappenverschlüsse sind für Sauer- toff bei malen Aluminiumoxidtemperatur von 1000'K ar

Lampenbetriebstemperaturen permeabel, so daß Sauer- gegeben. Die letzten drei Spalten der Tabelle geben di

stoff aus dem Zwischenraum zwischen Innenkolben maximalen Temperaturen der Wirksamkeit für ei und Außenkolben ebenfalls durch das Niob in den 60 reines Nairium. Amalgam mit 70°/_n Natrium un

Innenkolben diffundieren kann und dort die Reak- Amalgam mit 50°/₀ Natrium wieder. Diese Wen

tion(1) unterstützen kann. Dabei entstehen weitere basieren auf thcrmodynamischen Berechnungen unt<

Natriumverluste. Verwendung der Gleichung (1). Die Spalte T_m(„ i

line andere Reaktion, die in keramischen Aiii- dci labcllc zeigt die annähernd anwendbare Minima miniumoxidlampenkolben stattfinden kann und /11 65 ti-nipriatui eines jeden Metalls auf der Basis d<

Natriumverlusten liilirt, kann auch bei Abwesenheit Oxydationskinctik des Metalls. 1 inigc msätzliil

\on Sauerstoff abl.uifcn. Dabei kommt es /u einer 1 akloicn brcinflussm die Wahl einer be\omigt<

direkten I.inwirkune \on Natrium auf Aluminiumoxid. Icmpi-ialui fin ein jedes M; tcrial einschließlich sein

Flüchtigkeil, seiner Reaktionsfähigkeit mit den anderen Lampenbestandteilen und den möglichen Stellen innerhalb der Lampe, an denen das Metall angeordnet werden kann. Die bevorzugten Temperaturen für jedes der wirksamen Metalle sind in der Spalte T_b angegeben.

Metall	'min	T1,	Reines	' max (0C)	50% Na
			NA	70 »/„Na	50 "/„Hg
	CC)	TO		30°/» Hg
Lithium	100	500	64;)	• 750	1030
Calcium	350	700	1400	1470	1595
Barium	350	600	705	780	1160
Magnesium	350	600	955	1030	1195
Strontium	350	700	960	10S0	1260
Zirkon	400	675	550	650	850
Beryllium	500	700	1090	1140	1370
Scandium	400	700	885	975	1175
Yttrium	400	700	1510	1600	1820
Lanthan	350	700	1243	1350	1560
Thorium	600	1200	1280	1360	1580
Hafnium	500	7M)	670	750	970
Uran	400	700	620	705	950
Cer	350	700	1243	1350	1560
Praseodym	400	700	1243	1350	1560
Neodym	450	700	1243	1350	1560
Samarium	450	700	1243	1350	1560
Europium	350	700	1243	1350	1560
Gadolinium	450	700	1243	1350	1560
Terbium	450	700	1243	1350	1560
Dysprosium	450	700	1243	1350	1560
Holmium	400	gleich	gleich	gleich	gleich
Erbium	450	gleich	gleich	gleich	gleich
Thulium	400	gleich	gleich	gleich	gleich
Ytterbium	400	gleich	gleich	gleich	gleich
L utetium	500	gleich	gleich	gleich	gleich

Die freie Reaktionsenergie bei der Bildung des Natriumaluminats nach Reaktion (2) ist immer negativer als die durch Reaktion (3). Daher wird jede konkurrierende Reaktion, die die Reaktion (2) verhindern kann, auch die Reaktion (3) verhindern. Das heißt, daß das eriindungspemäß verwendete reaktionsfähige Material das Nalnumaluminat destabilisiert, ganz gleich, auf welche Weise es gebildet worden ist. Über dem Natriumaluminat ist ein Natriumgleichgewichtsdampfdruck erforderlich, der größer ist als der TeiIdampfdruck des Natriums über dem Amalgam. Der Dampfdruck des Natriums über dem Aluminat wird bestimmt durch die Temperatur des Innenkolbens, auf dem sich das Aluminat niederschlägt. Der Dampfdruck des Natriums über dem Amalgam kann bestimmt werden durch das Natrium-Quecksilberverhähnis im Amalgam, der Quantität des Amalgams oder der Temperatur des nicht verdampften Überschusses. Die vorhergehenden Faktoren sind Faktoren, die verändert werden können, um das erwünschte Gleichgewicht zu erhalten. In den Fällen, in denen jedoch das Gleichgewicht nicht ganz erreicht wird, gibt das erfindungsgemäß verwendete reaktionsfähige Metall eine Sicherheitsgrenze, indem es verhindert, daß die Natriiimaluminat-Bildungsreaktion stattfindet. Die erfindungsgemäße Natriumdampflampe ermöglicht auch einen Betrieb bei höheren Natriumdriicken. _

Beim Anschmelzen der Niobendkappen an die Aluminiumoxidkolben der Lampe kann eine Abdichtmasse verwendet werden, die aus Aluminiumoxid, Kalziumoxid und Magnesiumoxid besteht und auch etwas Wolframtrioxid enthalten kann. An Stelle der Erdalkalimetalloxide können für die Elektroden auch andere Materialien wie beispielsweise Thoriumoxid als Elektronenemitter verwendet werden. Alle diese Materialien ermöglichen andere Reaktionen mit Natrium, die dadurch nachteilig sein können, daß Natriumverluste entstehen oder andere Teile der Lampe, wie

ίο beispielsweise die Abdichtungen oder die Elektroden, angegriffen werden.

Normalerweise wird ein reaktionsfähiges Metall bevorzugt, das eine relativ große negative freie Bildungsenergie seinei. Oxids besitzt, während es eine

»5 schnelle Oxydationskinetik aufrechterhält.

Das reaktionsfähige Metall wird an einem Ort innerhalb der Lampe angeordnet, wo es eine Temperatur innerhalb des erforderlichen Bereiches für einen wirksamen Betrieb besitzt. Wenn das Metall mit dem Quecksilber reagier! oder die Entladung stört, dann sollte es nicht innerhalb des Innenkolbens angeordnet werden. Es muß auf jeden Fall so untergebracht sein, daß es über eine für Sauerstoff durchlässige Verbindung mit dem Innenraum des Innenkolbens in Verbindung sieht. Es kann im Zwischenraum zwischen Innenkolbcn und Außenkolben angeordnel sein, vorausgesetzt, daß saiierstoffdurchlässige Endkappen verwendet werden. In den Fällen, in denen das reaktionsfähige Metall einen außerordentlich hohen Dampfdruck bei Belriebstemperatur besitzt, kann es hermetisch in einen sauersloffdurchlässigen Behälter gegeben werden. Die Wanddicke der Endkappe oder der Kapsel hängt von dem gewählten Metall ab. von ihrer Temperatur während des Betriebes und von der erwünschten Sauerstoffdiffusionsratc. Niob oder eine einphasige Nioblegierung aus beispielsweise Niob mit 1 ⁰Z₀Zirkon werden bevorzugt verwendet. Beispielsweise eignet sich wie in der dargestellten Ausführungsform eine Dicke von etwa. 0,15 mm für die Endkappen.

Das bei der Natriumdampflampe nach der Erfindung bevorzugt verwendete reaktionsfähige Metall ist Yttrium, welches eine große negative freie Energie der Reaktion (1) unter annehmbaren Betriebsbedingungen in der Lumpe erzeugt. Ts ist relativ billig, nicht hygroskopisch und oxydiert kaum in Luft bei Raumtempera-XtIf, so daß es keine besondere Behandlung erfordert. Es besitzt eine maximale Wirksamkeit bei einer Temperatur, die in günstiger Weise dadurch erreicht werden kann, daß es an einen Teil des Entladungsrohres in der Lampe angebracht wird. Yttrium hat bei der Betriebstemperatur einen Dampfdruck, der so niedrig ist, daß es nicht dazu neigt, sich auf Lampenteilen niederzuschlagen. Deshalb braucht das Yttrium nicht innerhalb einer hermetisch abgedichteten Kammer einge-

schlossen zu werden.

In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform befindet sich das Yttrium in dem blinden Niobrohr 20. Das Yttrium ist physikalisch vom Entladungsraum getrennt, so daß es nicht mit der Natrium-Quecksilber-Füllung in Berührung kommen kann. Wo eine Berührung erlaubt ist, kann etwas Quecksilber ein Amalgam mit dem Yttrium bilden und das Natrium-Quecksilbcr-Dampfdruckverhältnis in der Lichtbogenröhrc durcheinander bringen. Das Yttrium verhindert in wirksamer Weise Natriumverluste innerhalb des I ichtbogens, indem es mit Sauerstoff reagiert, der leicht durch die dünne Niobwand der F.ndkappcn diffundiert. Während der Herstellung der Lampe wird das Yttrium

in Teilchenform in das Niobrohr eingebracht, und das ist. Das Lithium besitzt den Nachteil einer besonders

Ende des Rohres wird mechanisch in einer geeigneten hohen Reaktionsfähigkeit und wird daher nicht gern

Weise verschlossen, um zu verhindern, daß die Teilchen bei der Natriumdampflampe nach der Erfindung ver-

bei Bewegung herausfallen. Der Abschluß ist nicht her- wendet.

metisch. Wenn anschließend die Endkappe in einem 5 Der bevorzugte Raum für das reaktionsfähige Vakuumofen mit dem Aluminiumoxidkolben ver- Material ist die Kammer 35. Dieses kann jedoch, auch bunden wird, wird Luft aus dem Niobrohr abgeführt, an verschiedenen anderen Stellen innerhalb der Lampe während sich die Endkappe noch auf einer niedrigen angebracht werden, beispielsweise an den mit .40, 41, Temperatur befindet. Bei der Abdichtung schmilzt das 42 und 43 angegebenen Stellen. So kann das Metall Yttrium und bleibt nach dem anschließenden Abkühlen io beispielsweise auf der äußeren Oberfläche einer Endauf dem Niob sitzen. Wenn der abgedichtete Innen- kappe, beispielsweise bei 40, auf der Endkappe 18 ankolben aus dem Ofen herausgenommen und in den gebracht werden. Es kann auch als Überzug 43 auf der Außenkolben eingesetzt wird, kann Luft an das Metallnase 44 aufgebracht werden, die auf einem Yttrium gelangen. Jedoch befindet sich das Ytti ium zu Träger 46 im Zwischenraum zwischen dem Außendieser Zeit bei Raumtemperatur, und die gerine Oxy- 15 kolben 2 und dein Innenkolben 12 vorgesehen ist. Bei dation kann vernachlässigt werden. Yttrium bildet den oben angegebenen Stellen müssen sauerstoffdurchschnell ein Oxid bei Temperaturen, die nur beim lässige Verbindungen wie beispielsweise Niobend-Betrieb der Lampe erreicht werden. Zu dieser Zeit be- kappen verwendet werden, damit eventuell vorhanderindet sich das Niob jedoch innerhalb des Vakuums in ner Sauerstoff in den Zwischenraum herausdiffundieren dem Außenkolben. *° kann. Das reaktionsfähige Metall kann ebenfalls an der

Cer und Lutetium können in ähnlicher Weise an inneren Oberfläche einer Endkappe, beispielsweise bei

Stelle von Yttrium verwendet werden. Das Cer kann 41 auf der Endkappe 18, angebracht werden, wo es in

auch in vorteilhafter Weise in Form seiner Legierung direktem Kontakt mit der Atmosphäre innerhalb des

Mischmetall verwendet werden (d. h. Cer in einer Innenkolbens 12 steht. Es kann auch alternativ in

Legierung mit anderen Lanthaniden). as Teilchenform im Amalgamrescrvoir bei 42 eingesetzt

Das Thorium hat ebenfalls eine hohe negative freie werden. Wenn das reaktionsfähige Metall innerhalb Energie bei der Bildung seines Oxids, hat jedoch einige des Innenkolbens eingesetzt wird, muß damit gerechnet Nachteile, Es ist leicht radioaktiv und wird aus diesen werden, daß es mit dem vorhandenen Quecksilber ein Gründen nicht gern verwendet. Außerdem ist die Amalgam bildet. Unter diesen Umständen ist es bevorzugte Temperatur aus kinetischen Gründen sehr 3° wünschenswert, das anfängliche Verhältnis von Queckhoch, und deshalb müßte Thorium innerhalb des silber zu Natrium zu erhöhen, um das gewünschte Innenkolbens eingesetzt werden. Verhältnis beim überschüssigen Amalgam während der

Die anderen in der Tabelle aufgeführten Metalle Lebensdauer der Lampe zu gewährleisten,
werden im allgemeinen weniger verwendet als die oben Die in der fertigen Lampe verwendete Menge an angegebenen. Magnesium, Lithium, Calcium, Stron- 35 reaktionsfähigem Material sollte wenigstens 2 Millitium, Barium und Ytterbium sollten weder in dem gramm betragen. Die Menge an Yttrium oder eines Innenkolben noch außerhalb des Innenkolbens einge- anderen Metalls sollte vorzugsweise mindestens setzt werden, ohne daß sie in eine hermetisch ver- 40 Milligramm bei einer Lampe betragen, in der das schlossene sauerstoffdurchlässige Ummantelung, wie Volumen des Außenkolbens einschließlich des VoIubeispielsweise aus Niob, eingesetzt werden. Werden sie 40 mens des Innenkolbens von etwa 4 cm³ etwa 400 cm³ in den Innenkolben gesetzt, dann ergeben sich wegen beträgt. Die obere Grenze der verwendeten Menge ihrer Dampfdrücke oder Amalgam bildenden Eigen- hängt im wesentlichen praktisch von den Materialschaften Schwierigkeiten beim Betrieb der Lampe. kosten sowie dem Lampenvolumen ab und sollte anWerden sie im Zwischenraum zwischen Innenkolben nähernd lOOOmal die minimale Menge nicht über- und Außenkclben ohne eine hermetische Abdichtung *5 schreiten.

bei der bevorzugten Temperatur verwendet, dann sind Das reaktionsfähige Metall kann an einer oder an

ihre Dampfdrücke so hoch, daß eine wesentliche Ver- mehreren Stellen angeordnet werden. Es kann durch

dampfung auftritt. Dabei entsteht eine Kondensation Elektroplattierung, Dampfniederschlagung, Metalli-

auf der Innenseite des aus Glas bestehenden Außen- sierung oder Anpinselung auf die Endkappen oder aul

kolbens. Dadurch wird eine Verdunkelung bzw. 5° die Nase 44 aufgebracht werden oder einfach durch

Trübung des Glaskolbens erzeugt, und die Lichtaus- Hineingeben in die Lampe in der Form einer Metall

beute der Lampe wird vermindert. Die Metalle Be- folie, eines Drahtes oder eines Pulvers. Irgendein«

ryllium, Scandium, Neodym, Samarium, Gadolinium, dieser Variationen kann verwendet werden, solang«

Praseodym, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium die Temperaturerfordernisse und die anderen Bedin·

und Thulium sollten ebenfalls hermetisch innerhalb 55 gungen für das gewählte Metall beachtet werden. Ei

eines sauerstoffdurchlässigen Behälters verwendet wer- muß beachtet werden, daß der Getter, der aus Barium-

den, wenn sie innerhalb des Zwischenraumes zwischen metallpulver besteht, das sich in den kanalisierter

Innenkolben und Außenkolben eingesetzt werden, weil Ringen G und G' befindet, mit dem das untere End«

auf Grund ihrer Verdampfung bei den bevorzugten des Außenkolbens beschichtet ist, die Bildung de:

Temperaturen eine merkliche Verdunkelung bzw. 6° Natriumaluminats nicht verhindert. Trübung des Außenkolbens während der Lebensdauer Die reaktionsfähige Metallsubstanz kann eine

der Lampe auftritt. Legierung des Metalls sein oder auch eine Verbinduni

Uran besitzt den Nachteil, daß es radioaktiv ist. des Metalls, die sich unter den vorherrschender

Beryllium ist während der Herstellung schwer zu hand- Bedingungen in der Lampe beim Betrieb zu Metal

haben und auch wegen seiner toxischen Natur nicht 65 zersetzt. So können beispielsweise auch das Hydrid

sehr geeignet. Sein Oxid neigt dazu, das Niob brüchig Legierungen und organometallische Verbindungen de!

zu machen, so daß es nicht in einen Niobbehälter ein- Yttriums zusätzlich verwendet werden oder auch ah

gesetzt werden kann, wie dies beim Yttrium der Fall eine Alternative zum Yttrium.

Die hervorragenden vorteilhaften Eigenschaften der Hochdruck-Natriumdampflampe nach der Erfindung erzielt man bei Vergleich mit den herkömmlichen Lampen. Eine Lampe der beschriebenen Art mit 400 Watt besitzt einen Innenkolben mit einem Innendurchmesser von annähernd 7,4 mm und einer Länge von 9,3 cm. Der Abstand zwischen den Elektrodenspitzen beträgt 7 cm. Die Füllung des Innenkolbens besteht aus annähernd 54 Milligramm Amalgam mit 1 Gewichtsteil Natrium auf 3 Gewichtsteile Quecksilber. Diese Lampe wird anfänglich mit einem Spannungsanfall von annähernd 100 Volt betrieben und weist einen Rotfaktor von 3 auf. Nach 3000 Stunden fortgesetzten Betriebes ist der Spannungsabfall auf 150 VoIf angestiegen und der Rotfaktor auf 2 abgefallen. Bei der genau gleichen Lampe, bei der jedoch 40 Milligramm Yttrium in dem Niobrohr verwendet

werden (wie oben beschrieben), zeigte sich nach 3000 Betriebsstunden keine Erhöhung der Spannung und kein Abfall des Rotfaktors. Der Rotfaktor ist ein willkürliches Maß für die Strahlungsmenge, die im sichtbaren Bereich oberhalb 6000 Angstrom vorhanden

ίο ist. Eine normale Hochdruck-Quecksilberdampflampe hat einen Rotfaktor von 1, und der Rotfaktor des Sonnenlichts variiert von 2 bis 3, je nach Zeit, Ort und Wetter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 639 HO 1 2 enthält, die Natrium oder Natriumamalgam einschließt, wobei sich das Natrium im Betrieb bei einem Patentansprüche: Partialdruck im Bereich von 10 bis 1000 Torr befindet. Hochdruck-Natriumdampflampen der vorgenannten

1. Hochdruck-Natriumdampflampe, die einen 5 Art sind bereits bekannt. Der den Entladungsbogen Innenkolben aus keramischem Aluminiumoxid mit umschließende Innenkolben besteht aus dicht gesindarin fest eingeschmolzenen Elektroden aufweist tertem Aluminiumoxid, das sich durch gute Hitze- und dieser Kolben eine Füllung enthält, die beständigkeit sowie Lichtdurchlässigkeit auszeichnet. Natrium oder Natriumamalgam einschließt, wobei Die Füllung des Innenkolbens besteht normalerweise sich das Natrium im Betrieb bei einem Partialdruck io aus Natrium, Quecksilber und einem Edelgas, beiim Bereich von 10 bis 1000 Torr befindet, d a- spielsweise Xenon. Vorzugsweise beträgt der Natriumdurch gekennzeichnet, daß innerhalb dampfdruck im Innenkolben 30 bis 500 Torr. Das des Innenkolbens (12) odei in sauerstoffdurch- Edelgas ermöglicht eine Zündung der Lampe bei lässiger Verbindung mit diesem eine reaktionsfähige Zimmertemperatur. Durch Zufügen von Quecksilber Metallsubstanz (38) verwendet wird, die aus 15 kann die Temperaturverteilung der Bogenentladung Yttrium, Cer, Lutetium, Yttriumhydrid oder einer innerhalb des Innenkolbens günstig beeinflußt sowie Verbindung des Yttriums, Cers oder Lutetiums, die die Bogenspannung erhöht und dadurch der Bogensich durch Wärme zu dem entsprechenden Metall strom verringert werden. Es ist auch bereits bekannt, zersetzt, oder einer Legierung des Yttriums, Cers den rohrförmigen Innenkolben einer Hochdruckoder Lutetiums besteht, das Metall bei einem ao Natriumdampflampe mit Endkappen aus Niob abzugegebenen Temperaturbereich eine negativere freie schließen. Weiterhin wurde bereits versucht, zur Ver-Reaktionsenergie bei der Bildung seines Oxids je besserung der Farbwiedergabe der Füllung einer Mol Sauerstoff besitzt als die freie Bildungsenergie Hochdruck-Natriumdampflampe das Alkalimetall des Natriumaluminats je Mol Sauerstoff innerhalb Caesium zuzusetzen.

des Aluminiumoxidkolbens, wobei die reaktions- 35 Die Lebensdauer der bisher bekannten Hochdruckfähige Metallsubstanz innerhalb der Natrium- Natriumdampflampen ist jedoch nicht ganz zufriedendampflampe so angeordnet ist, daß sie während des stellend. Mit zunehmender Brenndauer verändern sich Betriebs eine Temperatur innerhalb dieses Bereiches nämlich die Bogenspannung, die Farbwiedergabe sowie erzeugt, um einen Natriumverlust durch die Bildung die Lichtausbeute. Diese unerwünschten Veränderunvon Natriumaluminat innerhalb des Aluminium- 30 gen sind darauf zurückzuführen, daß im Laufe der oxidkolbens zu verhindern. Brenndauer ein Teil des Natriums verschwindet. Ein

2. Hochdruck-Natriumdampflampe nach An- zum Ausgleich der im Laufe der Brenndauer auftretenspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die den Natriumverluste in die Lampe eingebrachter reaktionsfähige Metallsubstanz innerhalb des AIu- Natriumüberschuß wirkt sich ungünstig auf die Bogenminiumoxidkolbens (12) befindet. ₃₅ Spannungscharakteristik aus.

3. Hochdruck-Natriumdampflampe nach den Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Hochdruck-Natriumdampflampe zu schaffen, bei der die rekationsfähige Metallsubstanz innerhalb einer das nachteilige Verschwinden von Natrium im Laufe evakuierten Kammer (35) angeordnet ist, die von der Brenndauer verhindert wird.

dem Aluminiumoxidkolben durch eine Scheide- 40 Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Hochdruckwand abgetrennt ist, die bei Betriebstemperatur Natriumdampflampe der eingangs genannten Art, die sauerstoffdurchlässig ist. dadurch gekennzeichnet ist, daß innerhalb des Innen-

4. Hochdruck-Natriumdampflampe nach den kolbens oder in sauerstoff durchlässiger Verbindung Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit diesem eine reaktionsfähige Metallsubstanz verder Aluminiumoxidkolben (12) mit Niobendkappen ₄₅ wendet wird, die aus Yttrium, Cer, Lutetium, Yttrium-(18, 19) dicht verschmolzen ist und die reaktions- hydrid oder einer Verbindung des Yttriums, Cers oder fähige Metallsubstanz an einer Endkappe befestigt Lutetiums, die sich durch Wärme zu dem entsprechen^ist· den Metall zersetzt, oder einer Legierung des Yttriums,

5. Hochdruck-Natriumdampflampe nach An- Cers oder Lutetiums besteht, das Metall bei einem ' spruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der ₅o gegebenen Temperaturbereich eine negativere freie Niobendkappen (18) mit einem blinden Niobrohr Reaktionsenergie bei der Bildung seines Oxids je Mol (20) versehen ist, das eine Yttriumladung (38) ent- Sauerstoff besitzt als die freie Bildungsenergie des hä't· Natriumaluminats je Mol Sauerstoff innerhalb des

6. Hochdruck-Natriumdampflampe nach An- Aluminiumoxidkolbens, wobei die reaktionsfähige spruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das blinde ₅₅ Metallsubstanz innerhalb der Natriumdampflampe so Niobrohr (20) in bezug auf den Zwischenraum angeordnet ist, daß sie während des Betriebs eine zwischen Außenkolben (2) und Innenkolben (12) Temperatur innerhalb dieses Bereiches erzeugt, um nicht hermetisch dicht verschmolzen ist. einen Natriumverlust durch die Bildung von Natriumaluminat innerhalb des Aluminiumoxidkolbens zu

60 verhindern.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß

die Natriumverluste in einer Hochdruck-Natriumdampflampe der eingangs genannten Art im wesentlichen darauf zurückzuführen sind, daß eine Umsetze Erfindung betrifft eine Hochdruck-Natrium- 65 zung von Natrium mit Aluminiumoxid unter Bildung lpflampe, die einen Innenkolben aus keramischem von Natriumaluminat stattfindet. In der Füllung vorminiumoxid mit darin fest eingeschmolzenen handene Sauerstoffreste begünstigen die Bildung von ctroden aufweist und dieser Kolben eine Füllung Natriumaluminat. Bei der Hochdruck-Natriumdampf-