DE1911985C3 - Hochdruck-Bogenentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruck-Bogenentladungslampe, bestehend aus einem dichten, lichtdurchlässigen Kolben, der eine eine Ladung aufrechterhaltende Füllung mit Seltenerdhalogenidzusatz aufweist und in den Zuführlcitungen eingeführt sind, an denen innerhalb des Kolbens Elektroden aus hitzebeständigem Metall im Abstand zueinander angeschlossen sind, wobei zumindest eine der Elektroden ein elektronenemittierendes Material trägt.

Eine derartige Bogenentladungslampe ist aus der FR-PS 14 60 272 bekannt, welche die Verwendung von hitzebeständigen Metallelektroden, beispielsweise aus Wolfram oder Molybdän lehrt, auf denen ein elektronenemittierendes Oxid aufgebracht ist, das aus einem Carbonat eines Erdalkalimetalls besteht und evtl. mit anderen Zusatzkomponenten versehen ist, wie Zirkonoxid, Thoriumoxid, Siliziumoxid oder Wolframpulver.

Thoriummetall und Thoriumoxid sind daher für die Verwendung für Elektroden mit clektronenemittierendem Material bei Lichtbogenentladungslampen bereits bekannt, die verschiedene Entladungsfüllungen enthalten, einschließlich Seltenerdmstallhalogeniden wie auch anderen Metallhalogenide^.

Thorium ist jedoch ein Element der aktiniden Reihe mit Atomgewichten von 89 bis 103, meist auch als Transurane bezeichnet, also nicht ein eigentliches Seltenerdmetall.

Nachteilig ist bei den bekannten Entladungslampen, daß das elektronenemittierende Material nicht besonders wiederstandsfähig gegenüber den Angriffen der Metallhalogenidzusätze während des Betriebs der

Lampe ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Quecksilberentladungslampe der eingangs genannten Art, bei der sich aufgrund einer größeren Widerstandskraft des elektronenemittierenden Materials gegenüber der im Lampenkolben enthaltenen Metallhalogenidzusätze während des Betriebs der Lampe sich auch eine höhere Lebensdauer der Entladungslampe ergit'..

ErfindungsgemäQ wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das elektronenemittierende Material im wesentlichen aus einem Oxid des gleichen Seltenerdmetalls besteht, das als Halogenid in der Füllung enthaken ist.

Dadurch wird erreicht, daß — bei erhöhter Elektronenemissionsfähigkeit — der chemische Widerstand gegenüber einer Reaktion des elektronenemitlierenden Materials mit der die Entladung aufrechterhaltenden Füllung uruer dem Druck und unter den Temperaturen, die während des Betriebs der Lampe auftreten, sich ergibt.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranspruchen.

Aus der DE-AS 11 69 593 ist bereits bekannt, bei einer Gasentladungsröhre eine Kathode zu verwenden, die aus einem Grundmetall besteht, das noch Zusätze an Oxid, Karbid, Borid, Silizid oder Nitrid der seltenen Erden oder der Elemente Thorium, Titan, Zirkon, Kolumbium, Tantal, Hafnium, Vanadium, Molybdän oder Wolfram enthält. Auf diese Kathode wird dann ein elektronenemittierender Stoff, nämlich das übliche Bariumoxid, aufgebracht.

Eine derartig aufgebaute Bariumkathode ist jedoch für den Betrieb von Quecksilbcrcntladungslampcn mit Seltenerdmetallhalogenidziisätzen in der Kolbcnfüllung wegen ihrer mangelnden chemischen Kompatibilität nicht geeignet und gibt dem Durchschniitsfachmann auch keinen Hinweis darauf, wie die aus der FR-PS 14 60 272 bekannte Quecksilbereniladungslampc auszubilden wäre, um diese hohe SZmiv>ionsfähigkcii und Widerstandskraft zu erreichen, wie <;«. beim Erfindungsgegenstand der Fall ist.

Durch die Kombination einer Kolbenfüllung mit Seltenerdmetallhalogenidzusätzcn, die besonders gute Farbwiedergabe liefern, mit einem Kathodenemissionsmaterial aus im wesentlichen einem Oxid des gleichen Seltcnerdmctalls, das als Halogcnidsulz in der Füllung enthalten ist. wird neben der schon erwähnten besonders günstigen Farbwiedergabe auch eine hohe Lebensdauer bei den üblichen Betriebstemperaturen der Lampe erreicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I einen Längsschnitt durch die Entladungslampe; und

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine teilweise fertiggestellte Elektrode.

Die allgemein mit 10 bezeichnete Lampe der Fig. I weist einen für die sichtbare Strahlung durchlässigen, dichten äußeren Kolben 12 aus einem lichtdurchlässigen Werkstoff wie Glas auf, an dessen einem Ende ein Sockel 14, etwa mit einem Standardschraubgewinde, befestigt ist. Innerhalb des Kolbens 12 ist mit Abstand davon ein innerer Kolben oder ein Bogenentladungsrohr 16 befestigt, das etwa aus Quarz oder einem anderen lichtdurchlässigen, hochtemperaturbeständigen Werkstoff wie polykristalliner Tonerde besteht. Der Raum zwischen dem äußeren Kolben 12 und dem Bogenentladungsrohr 16 ist vorzugsweise evakuiert

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oder kann mit einem inerten Gas wie Stickstoff gefüllt sein. Die Befestigung des Entladungsrohres 16 innerhalb des äußeren Kolbens 12 kann mittels einer herkömmlichen rahmenartigen Halterung 18 sowie Stegen 20 erfolgen. Innerhalb des Entladungsrohres 16 befinden ^ sich an dessen gegenüberliegenden Enden Elektroden 22 und 24. Die Elektroden 22 und 24 sind an Zuführungen 32 bzw. 40 angeschlossen, die mittels herkömmlicher Bandleiter 26 dicht durch die gegenüberliegenden, durch Quetschung abgedichteten Enden "' des Entladungsrohres 16 geführt sind. Um die Zündung der Lampe zu erleichtern, ist mit der Elektrode 24 eine Hilfszündwendel 28 verbunden. Zur Betätigung der Hilfszündwcndel ist ein allgemein mit 30 bezeichneter Bimetall-Zündmechanismus vorgesehen. Ein Paar Zu- ¹^¹ führungen 34 und 36 stellt über einen Quetschfuß 38 die elektrische Verbindung des Elektrodenpaares 22,24 mit dem Sockel her. Die Zuführung 34 ist dabei über die rahmenartige Halterung 18 mit dem Zündmechanismus 30 verbunden, während die Zuführung 36 über die -'» Zuleitung 40 mit der Elektrode 26 unmit'elbar in Verbindung steht. An der Außenseite der Endbereiche des Entladungsrohres 16 ist eine hitzespeichernde Schicht 42 aus Zirkondioxid-Siliziumdioxid angebracht, die verhindert, daß es zum Auftreten eines extrem -"> großen Temperaturabfalles im Elektrodenbereich des Entladungsrohres 16 kommt.

Die Füllung des Entladungsrohres 16 besteht aus einem ionisierbaren Trägergas wie Argon nut einem Druck von etwa 26,7 bis 33,3 mbar sowie 32 bis 40 mg ⁾ⁿ Quecksilber, 5 mgThallium(I)-jodid, etwa 3 mg Dysprosiummclall sowie etwa 12 mg Quecksilber^l)-jodid, bezüge) auf ein Fülivolumen vor. etwa 14 cm'. Bei Beginn der Inbetriebnahme geht das Dysprosiummetall in das Jodid über. Die Elektroden 22 und 24 sind als '"' Wolframdoppclwendel mit einer inneren und einer äußeren, um einen Wolframstützdraht gewundenen Wendel ausgebildet. Die gewendulten Abschnitte der Elektroden 72 und 24 sind aus etwa 40 χ I0-^bm starken Wolfrnindrahl hergestellt und umgeben den ·>" etwa 75 χ IO-^b in starken Wolframstützdraht auf einer Länge von 5 mm. Die Entfernung der Elektroden 22 und 24 in dem Entladungsrohr 16 voneinander ist so gewählt, daß sich eine Bogcnentladungslängc von etwa 5 cm ergibt. -^

Wenigstens eine der zum Teil zusammengesetzten Elektroden wird dabei mit der elektronenemiitierenden Beschichtung 44 gemäß dem Kennzeichenteil des Hauptanspruchs versehen. Wie in F i g. 2 veranschaulicht ist, sind die um den ebenfalls aus Wolfram ⁵⁽⁾ bestehenden Stützdraht 48 gewundenen Windungen der inneren Wolframwendel 46 durch Abstände voneinander getrennt. Die emittierende Beschichtung 44 befindet sich in dem Bereich, in dem der Slützdraht 48 von der inneren Wendel 46 umgeben ist, und besteht bei einei ^v< Dysprosiumjodid enthaltenden Lampe vorzugsweise aus Dysprosiumoxid. Das zur Bildung der Beschichtung 44 vorgesehene Dysprosiumoxid wird zu einem feinen Pulver vermählen und mit einer ausreichenden Menge Aceton oder Alkohol gemischt, so daß ein dicker Brei <* erhalten wird. Der Einzelwendelteil der Elektrode wird dabei dann in den Brei getaucht und kann nach seinem Herausziehen leicht erhitzt werden, um die Trocknung zu beschleunigen und das Aceton oder den Alkohol auszutreiben. Die lertige, die obigen Abmessungen *> aufweisende Elektrode trägt dann eine Beschichtung von etwa 20 mg Dysprosiumoxid. Die Dysprosiumoxidbeschichtung 44 dient dann als wirksame Elektronenquelle für die Aufrecinerhaltung der Entladung, wobei sie sich gleichzeitig jedoch gegenüber einem Angriff durch die in der Lampe enthaltenen Metalljodide als besonders widerstandsfähig erweist.

Nach dem Aufwickeln der die Elektrode vervollständigenden Außenwendel 50 wird die Elektrode entweder vor ihrem Einbau in das Entladungsrohr oder auch nach der Anordnung in diesem Rohr, jedoch noch vor Einleitung der Füllung für das Entladungsrohr und vor der Abdichtung, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 1000⁰C im Vakuum ausgebacken. Dieses Ausbakken trägt mit dazu bei, eine Verschmutzung der Entladungsröhre 16 während des Betriebes zu verhindern.

Statt das Dysprosiumoxid in der beschriebenen Form als Schicht auf den Wolframtragkörper aufzubringen, kann dieses auch mit oder ohne ein Bindemittel oder kleinen Mengen ausgewählter Metalle in Tablettenform gebracht und dann, in ähnlicher Weise wie es beim Anbringen von Thoriumoxidsplittfc.vi geschieht, zwischen dem Elektroden träger und dem diesen umgebenden Teil der Wicklung angeordnet werden.

Man kann auch ein Entladungsrohr etwas größeren Volumens verwenden und dieses mit einer anderen Füllung i.ur Aufrechterhaltung der Entladung versehen, wobei das bevorzugte emittierende Material dann Yttriumoxid enthalten würde. Im einzelnen besitzt das Entladungsrohr 16 dabei ein Volumen von etwa 28,8 cm³ und ist mit einer Füllung versehen, die etwa 117 mg Quecksilber, etwa 24 mg Natriumjodid, 5 mg Thallium(ll)jodid sowie 20 mg Thalliummetall enthält, wobei das Entladungsrohr mit Argon gefüllt ist, das unter einem Druck von etwa 26,7 mbar steht. Es wurde gefunden, daß Yttriumoxid als Emissionsmaterial in dieser Entladungsanordnung eine Emission langer Lebensdauer gewährleistet. Das Yttriumoxid wird in der gleichen Weise wie das Dysprosiumoxid in dem zuvor beschriebenen Beispiel in die Lampe eingebaut. Es wird zu einem feinen Pulver vermählen und mit Aceton oder Alkohol gemischt, so daß ein dicker Brei erhalten wird, in den die innere, um den Stützdraht 48 gewundene Wendel 46 getaucht wird. Auf den Wolframträger wird dann vorzugsweise eine Schicht von etwa 20 mg Yttriumoxid aufgebracht. Die Elektrode wird vorzusweise wieder durch sorgfältiges Ausbacken im Vakuum vor ihrem Einbringen in die Lampe entgast. Das Yttriumoxid kann ganz oder teilweise durch andere Seltenerdmetalloxide ersetzt sein.

Die Seltenerdoxide, denen wegen ihrer verhältnismäßig niedrigen Austrittsarbeit eine besondere Bedeutung als Emissionsmaterial zukommt, sind Yttrium, Dysprosi um, Gadolinium und Terbium. Die Seltenerdmetaüe mit abtieh.nendem angenähertem Widerstand gegenüber einer Reaktion mit Jod sind Yttrium, Neodym, Praseodym, Cer und Lanthan. Die Seltenerdmetalloxide mit zunehmender Flüchtigkeit im Vakuum sind Yttrium, Gadolinium, Dysprosium, Terbium, Erbium, Lanthan, Holmium, Lutetium. Praseodym, Neodym und Cer.

In einer Lampe mit Kolben aus polykristailiner Tonerde werden Seltenerdmetalloxide als Diehtungswerksloff zwischen dem Kolben und den MeiaÜzuführungen verwendet. Die als Emissionsmaterial in der Lampe verwendeten Seltenerdmetalloxide sollen eine niedrigere Austrittsa-beit als die zur Dichtung verwendeten Seltenerdmetalloxide haben, um zu gewährleisten, daß die Entladung zu der Elektrode und nicht zu der Dichtung hin gerichtet ist.

Die erfindungsgemäß an die Kolbenfüllune aneenaß-

ten Seltenerdmetalloxide weisen insbesondere auch bessere Eigensehaften hinsichtlich ihrer Beständigkeit auf. Bei der zuvor beschriebenen Lampe stellt Dysprosiumoxid das bevorzugte Emissionsmalerial für die Verwendung in einer Dysprosiunijodid enthaltenden Entladungseinrichtung dar. Das Dysprosiunioxid als Emissionsmaterial gcwithrleistct auch, daß die Zerstäubung von Elektrodenmaterial in dem Lichtbogen zu keiner unerwünschten Änderung in dem spektralen Verhalten des abgegebenen Lichtes führt.

Das zur Aiifrcehtcrhaltung der Entladung dienende Material enthält im allgemeinen eine Kombination von mehreren Metallhalogenide!!, insbesondere eine Korn bination von Sclienerdmeiallhalogeniden. Entsprechend wird das Emissionsmatcrial eine Zusammenstellung von Scltencrdmclalloxiden enthalten, und wenn eine Zusammenstellung von Seltenerdmetallhalogeni-

Entladung enthält, so weist das Emissionsmaterial vorzugsweise dieselbe Seitcnerdmetallzusammensel zung in Oxidform auf.

So können in den speziellen Aiisfuhrungsbeispielen das Dysprosiumoxid· bzw. Yttriunioxid-Emissionsmaterial jeweils ganz oder teilweise durch ein oder mehrere andere Seltenerdmetalloxide oder Gemische davon ersetzt sein.

Bestimmte Mengen ausgewählter Metalloxide können in Verbindung mit den Seltencrdmclalloxidcn verwendet werden, wie sie auch auf dem Gebiet der Niederdruckcntladung mit Erfolg in Verbindung mit Erdalkalimetalloxiden eingesetzt werden konnten. Zu diesen Metalloxide!! gehören Zirkonoxid. Scandiumoxid und Aluminiumoxid. Beispielsweise kann bis etwa zur Hälfte des in der beschriebenen Natrium jodidlampe als Emissionsmatcrial verwendeten Yttritimoxids durch Aluminiumoxid ersetzt sein, um die Stabilität ties Emissionsmalerials noch zu erhöhen. Ebenso kann in dem Beispiel, in dem Dysprosiumoxid als Emissionsmaterial dient, das Dysprosiumu\id in einei Menge von bis zu 30 Gew.-% des Seltenerdmelalloxids durch Zirkonoxid ersetzt sein.

Ebenso kann ein Ersatz durch andere Metalloxide, die sich als brauchbare Emissionszusäize erwiesen, in dem Seltenerdoxidemissionsmatcrial in Mengen von bis zu "50 C>ew.-ⁿ/n des Seltenerdmelallovids erfolgen l'erner können sich bei den Sellenerdmetalloxiden in kleinen Mengen in Pulverform ziigcmischte ausgewählte Metalle als günstig erweisen. Solche Metalle sind Wolfram. Tantal. Molybdän und Niob, sowie die Seltenerdmcliille. Vorzugsweise beträgt die Menge des zugegebenen Metalls nicht mehr als etwa 10 Gew.-% des Seltenerdoxids.

Lampe kann das Emissionsmaterial, wenn das Sei lenerclmeialloxid. mn oder ohne kleine Mengen desselben Seltenerdmetalls. das Emissinnsmatcrial bil del. auch als mögliche Quelle für das Seltenerdmetall für den EaII dienen, dall das Seltcnerdmelall im Verlaufe eines längeren Betriebes der Lampe aufgezehrt wird.

Bei den speziellen Ausfiihriingsbcispiclen wird das Scltcncrdiiietallhalogenid bei der Herstellung gebildet, indem man ,Has Quecksilber(ll)jodid verdampft und das Seltencrdmeiall mit dem in der Lampe befindlichen |od reagieren läßt. Das Sellenerdmetalljodid kann der Lampe zwar unmittelbar zugefügt werden, jedoch stellt das angegebene Verfahren allgemein die bequemere Lösung dar. Statt der in Verbindung mit den Aiisführungsbcispiclcn als Entladungsmalcrial angeführten Metalljodidc können in an sieh bekannter Weise Metallbiomide und chloride Verwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hochdruckbogenentladungslampe, bestehend aus einem dichten, lichtdurchlässigen Kolben, der eine eine Entladung aufrechterhaltende Füllung mit Seltenerdhalogenidzusatz aufweist und in den Zuführleitungen eingeführt sind, an denen innerhalb des Kolbens Elektroden aus hitzebeständigem Metall im Abstand zueinander angeschlossen sind, wobei zumindest eine der Elektroden ein elektronenemitiierendes Material trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenemittierende Material im wesentlichen aus einem Oxid des gleichen Seltenerdmetalls besteht, das als Halogenid in der Füllung enthalten ist.

2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seltenerdmetall Yttrium, Dysprosium, Gadolinium und/oder Terbium ist.

3. Lampe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenemittierende Material ein Oxid wenigstens eines hitzebeständigen Metalls aufweist, das mit dem Oxid des Seltenerdmetalls gemischt ist, insbesondere Zirkon-, Scandium- und Aluminiumoxid.

4. Lampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,daß d,is elektronenemittierende Material wenigstens ein in Pulverform vorliegendes Metall enthält, das mit dem Oxid des Scltencrdinetalls gemischt ist.

5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß di~. in Pulverform vorliegende Metall wenigstens eines der Selten^rdmetallc oder der Metalle Wolfram,Tantal, Molybdän oder Niob ist.