DE1940539A1

DE1940539A1 - Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogenidzusatz

Info

Publication number: DE1940539A1
Application number: DE19691940539
Authority: DE
Inventors: Alexander Dipl-Ing Dobrusskin; Bernhard Dipl-Phys Dr Kuehl
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1969-08-08
Filing date: 1969-08-08
Publication date: 1971-02-25
Also published as: BE754499A; SE375408B; DE1940539B2; GB1282805A; FR2056778A5; DE1940539C3; AT302481B; US3654506A

Description

Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische 'Glühlampen mbH, München

"Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslara pe

mit Metallhalogenidzusatz" *)

Die Erfindung betrifft eine Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogenidzusatz, wobei das Entladungsgefäß vorzugsweise ellipsoidförraig ist und aus hochtemperaturfestern, lichtdurchlässigem Material besteht.

Bekannt sind zur Zeit im wesentlichen zwei verschiedene Typen von Hoch« druckentladungslampen mit Metallhalogenidfüllung. Die vorwiegend für allgemeine Beleuchtungszwecke, wie z.B. für die Straßenbeleuchtung, verwendete Lampentype (deutsche Patentschrift 1 184 008) ist eine Weiterentwicklung der bis dahin .für diesen Zweck verwendeten Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampen und besteht aus einem rohrförmigen Entladungsgefäß aus Quarzglas mit je einer an seinen Enden eingeschmolzenen bzw. eingequetschten Stromzuführung. Der Elektrodenabstand beträgt ungefähr 50 mm. Die Wandbelastung solcher Lampen liegt um 10 W/cm . Als Füllung werden meist neben Quecksilber und einem Zündgas die Halogenide, vorzugsweise die Jodide, des Natriums und, Thalliums, aber auch die von Seltenen Erden, wie Dysprosium, Holmium, Erbium oder Thulium, verwendet (holländische Patentanmeldung 68 03 988, britische Patentschrift 1 138 913)· Das Entladungsgefäß, der sogenannte Brenner, ist zur Verminderung der Wärmeverluste von einen mit gas-

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gefüllten oder evakuierten Hüllgefäß umschlossen, das einseitig gesockeIt ist« Die Lampen haben eine über 50 lm/V, doch meist unter 80 lm/W liegende Lichtausbeute und eine Lebensdauer von mehreren 1000 Stunden.

Die Lampen des anderen Typs werden für Projektionszwecke und im Signalwesen verwendet und sind im Hinblick auf ihr Anwendungsgebiet eine Weiterentwicklung der bis dahin für diesen Zweck verwendeten Xenonhochdruckentladungslampen; sie sollen hohe Leuchtdichten aufweisen und haben deshalb kurze- Bögen« Die Lampen werden mit sehr hohen Wandbelastungen von weit mehr als 100 W/cm , bei-

2 spielsweise mit 400 bis 1000 W/cm , betrieben. Die Wandstärke des Entladungsgefäßes beträgt 3 bis 5 mm, der Elektrodenabstand meist unter 10 mm. Die Lampen sind sogenannte Einkomponentenlampen und enthalten außer einem Grundgas als zum Leuchten anregbare Füllung die Halogenide beispielsweise des Indiums oder Galliums oder Aluminiums und oft noch zusätzlich Quecksilber als Puffergas, aber nicht als anzuregendes Element. Ein Hüllkolben entfällt bei diesen Lampen (DAS 1 286 637, holländische Patentanmeldung 67 10 944). Bekannt ist auch eine Projektionslampe, die Scandiumhalogenid als anregbares Element enthält (DBP 1 177 248). Die Lichtausbeute dieser Einkomponentenlampen erreicht über 90 lin/W, ihre Lebensdauer beträgt einige 100 Studden.

Das Ziel der Erfindung ist es nun, eine Lampe zu schaffen, die. eine Weiterentwicklung der Lampen des erstgenannten Typs darstellt und gleichzeitig aber Eigenschaften, beispielsweise im Hinblick auf die Lichtausbeute, des zweitgenannten Typs aufweist* Ein weiteres Ziel ist die optimale Dimensionierung solch einer Lampe.

Die Quecksilberdampf-Hochdruckentladungsiaepe mit Metallhalogenidzusatz und mit einem vorzugsweise ellipsoidförmigen Entladungsgefäß aus hochtemperaturfestem, lichtdurchlässigem Material ist gemäß

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der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Wandbelastung

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zwischen 10 und 100 V/cm , vorzugsweise 20 bis 60 W/cm , die Bogen» leistung zwischen 100 und 1000 W/cm, vorzugsweise 150 bis 85Ö W/cm, beträgt und der Zusatz aus den Halogeniden der Seltenen Erden, vorzugsweise von Thulium und/oder Holmium, und/oder Thallium besteht, wobei das Gewichtsverhältnis des Halogens zum Metall zwischen 2 und 10 liegt,und daß kein Hüllkolben verwendet wird.

Es ist bekannt, daß die Lichtausbeute mit der spezifischen Belastung in Watt pro Zentimeter Bogenlänge wächst, d.h., daß bei gleicher Leistungsaufnahme und Verringerung des Elektrodenabstandes eine Lichtausbeutesteigerung zu erwarten ist. Überraschenderweise ist aber die mit den Lampen mit einem mittleren Elektrodenabstand gemäß der Erfindung erzielbare Lichtausbeute bedeutend höher und erreicht 90 bis 130 Im/W je nach Leistungsaufnahme der Lampe. Eine höhere Leistungsaufnahme bei konstant gehaltenen Abmessungen der Lampe bedeutet aber, daß die Wandbelastung der Lampe steigt und damit die Lebensdauer der Lampe abnimmt. Unerwarteterweise hat es sich aber gezeigt, daß der Halogenkreislauf bereits bei den - gegenüber den oben beschriebenen Kurzbogenlampen - geringen Wandbelastungen der erfindungsgeraäßen Lampen auftritt, im Gegensatz zu den bisher bekannten Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampen mit Metallhaiogenidzusätzen, bei denen der Halogenkreislauf noch kaum wirksam "ist. Die Erfindung zeigt, daß es durch Wahl der spezifischen Bogenleistung und der Wandbelastung möglich ist, ein Maximum an Lichtausbeute zu erhalten. Dabei ist noch zu beachten, daß zur Erzielung des Kreisprozesses ein Halogen-Überschuß in der Lampe zwar vorhanden sein, andererseits aber so gering gewählt werden muß, daß die Lichtausbeute nicht verschlechtert wird. Aus den vorstehenden Ausführungen über die hohe Wandbelastung ist es verständlich, daß der wärmestauende Hüllkolben entfallen muß, was gleichzeitig die Lampenherstellung einfacher und preiswerter werden läßt. Außerdem ermöglicht die Ausführung der Lampe mit beidseitiger Sockelung, die die Verwendung höherer Zündspannung erlaubt, die Wiederzündung der betriebs· warmen Lampe.

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Als Zusatz zum Quecksilber hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen,

die Halogenverbindungen, vorzugsweise die Jodide, von Thulium oder .

3 Holmium in einer Menge von 0,25 bis 11 mg/cm , vorzugsweise 0,5 bis 4 mg/cra , in das Entladungsgefäß zu füllen. Außerdem hat es sich gezeigt, daß ein Jodüberschuß von bis zu 50 % der zum Seltenen Erdmetall äquivalenten Menge Jodes notwendig ist, um den Kreisprozess und damit eine hohe Lebensdauer zu gewährleisten· Man erreicht damit z.B. im Falle des Thuliumjodidzusatzes bei einer Färbteaperatur von 6000 K einen hohen Farbwiedergabeindex von etwa 92, was die Lampe vorzüglich für Aufnahmen beim Farbfernsehen und für die Farbfotografie geeignet macht.

Anhand der Figur wird die Erfindung erläutert.

Das Entladungsgefäß 1 besteht aus einem wasserstoffarmen Quarzglas, das innen mit einer Schutzschicht 2, vorzugsweise aus Boroxid, überzogen sein kann. Der maximale Innendurchmesser des Entladungsgefäßes beträgt 15 mm, das Volumen 2,3 cm . An jedem Ende des Entladungsgefäßes befindet sich eine stiftförmige, nicht aktivierte Elektrode 3,

4 aus Wolfram mit einem Durchmesser von 0,9 nun. Der Elektrodenabstand beträgt 12 mm. Die Enden des Entladungsgefäßes sind mit einem reflektierenden Belag 5 versehen. Die Sockel 6'und 7 werden mit der Spannungsquelle verbunden. Die Füllung des Entladungsgefäßes 1 besteht aus einem Grundgas als Zündhilfe, z.B. Argon von 50 Torr, 1,5 mg Thulium, 4 mg Quecksilber und 7 ^ra9 HgJ , wobei das Gewichtsverhältnis von Jod zum Thulium 2,3 beträgt. Das Hg-Jodid reagiert im Entladungsgefäß mit dem

Thulium nach der Formel 2 Tm+3 HgJ —>2 "TnJ,+3Hg. Die Konstruktions-

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daten und die Füllmengen gelten für eine Leistungsaufnahme der Lampe von 5⁰⁰ W. Die Brennspannung beträgt etwa 80 V, der Strom 7,5 A. Der Lichtstrom beträgt 45 kirn, die Lichtausbeute 90 lm/V, die Farbtemperatur 6000 K, der Farbort x/y » 0,32/0,32, der Farbwiedergabeindex 92. Bei Lampen mit einer Leistungsaufnahme von 600 W ergab sich eine Lichtausbeute von 110 lm/W und bei Lampen mit einer Leistungsaufnahme von

5 kW eine Lichtausbeute von 130 lm/W. ·

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.) Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogenidzusatz und mit einem, vorzugsweise ellipsoidförmigen Entladungsgefäß aus hochtemperaturfestern, lichtdurchlässigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Wandbelastung zwischen 10 und 100 V/cm , vorzugsweise 20 bis 60 W/cm , die Bogenleistung zwischen 100 und 1000 W/cm, vorzugsweise 150 bis 850 V/cm, beträgt und der Zusatz aus den Halogeniden der Seltenen Erden, vorzugsweise von Thulium und/oder Holmium, und/oder Thallium besteht, wobei das Gewichtsverhältnis des Halogens zum Metall zwischen 2 und 10 liegt und daß kein Hüllkolben verwendet wird.

2. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß₍das Entladungsgefäß außer einem Edelgas als Zündgas 0,25 bis 11 mg/cm Thuliumjodid, O bis 0,2 rag/cm Thalliumjodid, 2 bis 10 mg/cm Quecksilber und einen Jddüberschuß von bis zu 50 % der zum Seltenen Erdmetall äquivalenten Menge Jodes enthält.

3. Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß außer einem Edelgas als ZUndgas 0,25 bis 11 mg/cm Holmiumjodid, 0 bis 0,2 mg/cm Thalliumjodid, 2 bis 10 mg/cm Quecksilber und einen Jodüberschuß von bis zu 50 % der zum Seltenen Erdmetall äquivalenten Menge Jodes enthält.

Dr. Hz/Vg.

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