DE2023770A1 - Metallhalogenid-Entladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochleistungs-Bogenentladungslampe, die eine Zinnchloridfüllung enthält.

In den letzten Jahren wurde die Hochdruck-Quecksilberdampflampe durch Zusätze bestimmter Metalljodide zur Hauptfüllung aus Quecksilber und Edelgas, sowohl hinsichtlich der Farbwiedergabe als auch der Lichtausbeute verbessert. Bevorzugt verwendet wurden Zusätze wie Natriumiodid, Thalliumjodid und Indiumjodid. Die Anwesenheit von Natriumjodid bewirkt einen beträchtlichen Anstieg des Wirkungsgrades und die Kombination von Metallen ergänzt durch ihre Resonanzlinien die Quecksilberstrahlung im Blau-, Grün- und Gelbbereich des Spektrums. Obwohl die Farbwiedergabe, die hauptsächlich aus Linien besteht, die

00 9 8 50/U38

ein schwaches Kontinuum|iberlagern, sehr verbessert wurde, entspricht sie nicht dem natürlichen tageslicht.

Bekannt ist eine Hochleiötungalampe, die als Ergebnis des kontinuierlichen Spektrums einer Lloiekularemission ausgezeichnete Farbwie.dergabe besitzt, und Zinn-2-broinid oder eine Mischung aus Zinn-2-bromid und Zinn-2-jodid als Füllung enthalt. Nachteilig iat jedoch, dass der Leuchtwirkun^sgrad etwa der der konventionellen Hochdruck-Wuecksilberdanipflampe entspricht und die Lebenszeit beträchtlich kürzer ist.

Jie Erfindung bezieht sich nun auf eine verbesserte MoIekulareiiiis3ionslaiape, die eine gute iarbwiedergabe» einen hohen Wirkungsgrad und Stabilität aufweist, sowie langlebig ist.

Es wurde gefunden, dass eine Zinn-2-chloridentladung eine Farbwiedergabe zeigt, die mindestens der durch Zinn-2-bromid erzielten Farbwiedergabe entspricht, und darüber hinaus einen Wirkungsgrad hat, der uia mindestena 25 °J> höher ist.

Die Verwendung von Metallchloriden bei der Bogenentladung ergibt jedoch das Problem, dass die Lampenmetalle wie z.B. die Wolframelektroden durch da3 Chlor heftig angegriffen werden. Der Angriff verläuft dabei mit steigendem Gradienten, wobei Wolfram von den kälteren Teilen der Elektrode abgetragen und an den heißeren Stellen der Elektrode abgelagert wird. Jies ergibt eine schnelle Einkerbung der Elektrode und ggf. deren Zerstörung.

Es wurde gefunden, dass der Ghlorangriff in Zinn-2-chlorid-Entladungalajipen auf die Lampe nxaet alle· beträchtlich vermindert werden kann, wenn folgende Bedingung eingehalten I (Ml ^ (CiJ

PAD

0098S0/U38 .

In der Formel bedeuten (Mjdie (lesauitkonzentration des Metalls- und (Öl) die Geaamtkonzentration des Chlor. Diese Bedinguni lässt sich realisieren, wenn man einen Überschuss von metallischem Zinn oder überschüssiges Cinnjodid oder beides in den Lampenkolben einbringt.

Es wurde weiterhin gefunden, dass es vorteilhaft ist, dem Metallchlorid etwas Metalljodid zuzusetzen, d.h. in dieseui Falle, den Zinn-2-ch.lorid etwas Zinn-2-jodid zuzugeben. DieAnwesenheit von Jodid verhindert den Angriffauf die Lampeniaetalle und scheint regenerative Transportsyklen, die die Laiupenwände frei von Wolframablagerungen halten, zu fördern. Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Pi₁;. 1 zeigt eine kompakte, für sehr hohen Druck geeignete Zinnchloridlampe, die für Projektionszwecke zu verwenden ist.

Pi.:. 2 zeigt die Spektrallinien des Zinnchlorid-Lichtbogens. ■

j'¹!.,. 3 zei~jt eine Zinnchloridlauipe in einem Quarzlichtbogenrohr das für allgemeine Beleuchtungszwecke geeignet ist.

Fig. 4 zeigt eine Zinnchloridlampe von kleiner Form, die sich ebenfalls für allgemeine BeIeUCiItUn₀S-zwecke eignet.

Die vorteilhaften Wirkungen des überschüssigen Metalls, namentlich des Zinna, erklären sich wie folgt:

1. Sauerstoffhaltige Spuren-Verunreinigungen in der Lampe können gemäß der folgenden Gleichung Chlor aua Zinnchlorid freisetzen.

009850/U38

II SnCl₂ + (c]-»3nO + Ul

Die Spuren freien Chlors können dann einen Transportzyklus starten, der an den Lanipenmetallen ansetzt und einen schnellen Angriff auf die Elektroden auslöst. Wenn jedoch überschüssiges Zinn zugegen ist, wird entweder die Sauerstoff-Verunreinigung oder die Spuren freien Chlors abgefangen und der Transportzyklus damit verhindert.

2. Bei hohen Temperaturen kann das anwesende Zinnchlorid direkt dissoziieren und nach der folgenden Gleichung Chlor freisetzen:

III SnCl₂ —* SnCl + Cl

Das anwesende überschüssige Zinn neigt dazu, mit dem freigesetzten Chlor zu reagieren und vermindert so das Ausmaß des Angriffs auf die Wolframelektroden ο Wenn die Lampe abgeschaltet und abgekühlt wird, verläuft die Reaktion III in entgegengesetzter Richtung, wobei überschüssiges Metall oft in dendritischen Kristallen beobachtet werden kann.

Der durch Zusatz von Zinnjodid zur Lampenfüllung hervor- gerufene günstige Effekt einer weiteren Verminderung des Angriffs auf die Elektroden ist wahrscheinlich auf die folgenden drei Paktoren zurückzuführen:

1. Das durch sauerstoffhaltige Spuren-Verunreinigungen aus SnCIg freigesetzte Chlor (Reaktion II ) kann die Wolframelektroden angreifen bevor es zu dem überschüssigen Zinn gelangt und dort abgefangen wird. Wenn jedoch Zinn-2-jodid in der Lampenfüllung vorhanden ist, kann die folgende Reaktion ablaufen:

...,= . - 0098S0/U38 fiAD ORIGINAl,

IV Gl₂ + UnI₂ —^ SnOl₂

Obwohl dadurch etwas Jod in der Lampenfüllung vorhanden sein kann, dass sich im Innern ein thermisches Gleichgewicht einstellt, ist das Ausmaß des durch Jod hervorgerufenen Angriffs auf WoIfram weit geringer als bei freiem Chlor. Natürlich kann das Jod ggf. bis zum überschüssigen Zinn gelangen und wieder Zinn-2-jodid bilden. Auf diesem V/ege bleibt dia Zusammensetzung der Lampenatmosphäre konstant, und nur eine geringe Menge des Zinnüber3chusses wird üuiii Abfangen der sauerstoffhaltigen Spuren-Verunreinigungen verbraucht.

2. Die Anwesenheit von Zinn-2-jodid in der Lampenatmosphäre erhöht die Konzentration von Zinn und vermindert dadurch die Konzentration von Chlor, was wiederum den Angriff auf die Lampenelektroden vermindert. Das Jod verflüchtigt somit gewissermaßen das überschüssige Metall und reduziert damit die Angriffsgeschwindigkeit des Chlors auf die Elektroden.

3. -Die Anwesenheit von Jod kann weiterhin regenerativ wirkende Transportzyklen fördern, wenn sie entstehen und dadurch dazu beitragen, dass die Y/ände der Lampe von Wolframablagerungen frei bleiben.

In Fig. 1 wird eine erfindungsgemäfle Zinn-2-chlorid-Hochdruck-Punktq.uellen-Projektionslampe gezeigt. Die Lampe 1 enthält einen versiegelten Lampenkolben aus Quarzglas mit einer zentralen elliptischen Verdickung 2 und mit den Hälsen 3 und 4. Die Elektroden 5 und 6 bestehen aus kurzen V/olframdrahtstücken, die an die blattförmigen Enden 7 und 8 der Molybdän-Zuleitungen 9 und 1o geschweißt sind. Me Zuleitungen erstrecken sich durch den Lampenhals, und deren blattförmige Teile bewirken die her-

BAD ORIGINAL

009850/1438 ^N**"

metische Versiegelung zum geschmolzenen yuarzglus.Die gezeigte Lampe ist für Wechselstrombetrieb gedacht. .Beide Elektroden haben die gleichen Abmessungen. In einer Lampe für Gleichestrom würde eine stabförmige Anode von größerem Durchmesser als die Kathode benutzt werden. Die Lampen können ferner mit kugelförmigen weitgehend geschmolzenen Elektroden, wie sie in der UB Patentschrift 3 067 357 beschrieben werden, arbeiten.

Die in der Entladungskammer enthaltene ionisierbare füllung enthält ein inertes aas, zweckmäßig Argon, ferner quecksilber, .Jinn-2-chlorid und Zinn-2-joJid. Jedoch ist es auch möglich, die Füllung aus Zinn, Quecksilberchlorid und quecksilberjodid zusammenzusetzen.

Beispielsweise kann die in i^?i^. 1 gezeigte Lampe, die eine Gesamtlänge von etwa 5 cm aufweint und ein Lichtbogenvolumen von etwa 0,2 ecm hat, wie folgt gefüllt sein: 1,45 mg Zinn, o,45 mg Quecksilber-^-chloria und ο,47 mg Quecksiluer-2-jodid. Die Lampe arbeitet mit einem iiiricungsjrad von 7o Lumen pro Watt bei einer Leistung von 3oo Watt.

In einer anderen dickwandigen Projektionslampe mit einem größeren Kolben von etwa 1 ecm Volumen, einer füllung aus 9,63 mg Zinn, 3,5o5 mg Quecksilber-2-jodid und 4,195 mg Quecköilber-2-chlorid, die bei einer Leistung von 3oo V.'att arbeitet, beträgt der Wirkungsgrad mehr als. 9o Lumen pro i'/att»

In Fig. 2 i3t die Spektralkurve der Strahlung ier Lampe nach Fig. 1 als durchgezogene Liri^e 21 zu sehen. Da3 Maximum der Üpeictralkurve liegt bei etwa 5550 2. , was in der Nähe des Maximums der Sensitivitätakurve des Auges liegt (Linie 22). Die gestrichelte Linie 23 zeigt die Strahlung eines schwarzen Körpers bei 55°° °G ^zli Ver-

_;.;.^--\:'v»' '■■■"' bad Original

009850/U38

gleichazweeken. Jie Übereinstimmung der Spektralkurve 21 zu der den schwarzen Körpers (Kurve 23)» zeigt die ausgezeichnete ^arbwiedergabe der erfindungsgemälieu Zinnchloridlaupen.

Fi . 3 zei^t eine erfindungsgemäße Hochdrueklampe für Alizweckbeleuchtung. Das Entladungsrohr 32 ist ein rohrförmiger wuarzkolben mit den Elektroden 33 und 341 die an Zuleitunjisdrähten 35 und 36 befestigt sind. Die Zuleituh_;odr?ihte sind an entgegengesetzten Enden eingeschmolzen. Jede Elektrode enthält eine über einen Wolframstub gewundene vfolframwendel. Jeder Leitungsdraht aus ™

Lolybdän hat einen blattförmigen Bereich, der hermetisch im zusammengepressten massiven Teil des Quarzkolbens eingeschmolzen i:3t. Jer Kolben wird durch ein seitliches Entlüftun,:srohr 37, das anschließend abgeschnolzen wird, entltift't und mit dem ionisierbaren Material gefüllt.

Drfindun ;sgemäß umfasst die ionisierbare Füllung ein inertes Gas bei niedrigem Druck,Quecksilber» Sinnchlorid, Sinnjodid und Zinn. Ebenfalls kann es vorteilhaft sein, eine Füllung au3 Zinn, Quecksilberchlorid und Quecksilberjodid einzubringen. Beispielsweise enthält eine derartige Lampe mit einer Gesamtlänge von etwa V cm, einem Volumen von ä

etwa 18 ecm, eine Füllung aus 13*7 mg Quecksilber, 25 mg Queck8ilber,-2-chlorid, 2o,5 mg Quecksilber-2-jodid, 35 mg Zinn unu Argon bei 25 Torr. In Versuchen wurden Wirkungsgrade von mehr als 7o Lumen pro Watt gemessen. Die elektrischen und Strahlungseharakteristiken blieben während der Lebenszeit der Lampe konstant. i)er Lampenkolben zeigte keine Wolframablagerungen. Die Aufwärmezeiten dieser Lampe für eine augeführte Leistung von 4oo Watt ist etwa die gleiche für eine übliche Hochdruck-Quecksilberdampflampe gleicher Größe oder Leistungsaufnahme.

Fi^. 4 zei_t;t eine andere erfindungsgemäße Hochdrueklampe

$ad

00S650/U38

41 für Allzweckbeleuchtung, die jedoch kleiner als die in Pi:.;·. 3 abgebildete Lampe ist. Das Lichtbogenrohr 42 iüt ein rohrföruiiger Quarzkolben mit den stabförmigen Elektroden 43 und 44, die mit den Leitun^sdrahten 45 und 46 über das dazwischenliegende Polienteil 47 und 48 verbunden sind. Die Folienteile sind.in entgegengesetzte Teile des Quarzkolbens eingeschmolzen (druckversiegelt). Beispielsweise enthält eine Lampe, wie sie in Fig. 4 abgebildet ist und eine Gesamtlänge von etwa 4,5 cm und ein _ Volumen von etwa 1 ecm aufweist, folgende Bestandteile: ^ 7 mg Zinn, 3,45 mg Quecksilber-2-chlorid, 3,15 mg ^uecksilber-2-jodid und Argon bei 2o Torr. Die Lampe arbeitet bei einer Leistungsaufnahme von 1oo Watt,· einem Spannungsabfall am Lichtbogen von 73 Volt, einem dtrom von 1,7 A und einem Wirkungsgrad von mehr ala 65 Lumen pro Watt.

In Abhängigkeit von der Leistung können spezielle Kühlvorrichtungen erforderlich sein, um Oxidationen der Leitungsdrähte der Lampe zu verhindern. Ia Falle dickwandiger (Kompaktquellen-Projektionslampen) genügt ein Luftstrom, wie er üblicherweise in Projektionsgeräten angewendet fe wird. Iu ?alle von Lichtbogenrohren für Allzweckbeleuchtung ist die i.Iontage in einem evakuierten Außenmantel praktischer und bequemer.

Erfindungsgemäße Einnchloridlainpert können hinsichtlich Parbwiedergabe oder Farbton von Blau/v/eiss zu Weiss, zu Gelb/V/eiss und Gold verändert weruen. In allen Fällen ist die Farbwiedergabe ausgezeichnet₉ was ⁱ "ptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass kontinuierliches nicht aus Linien bestehende Strahlung erzeugt wird. Die Farbe ist von der Menge des Materials in der Lampe abhängig und ändert sich nicht während der Lebenszeit« Die Lichtleistung der Lampe ändert sich in Abhängigkeit von der_

BAD ORIGINAL 0098S0/U3.8

Farbe und ist am größten für Weiß und Gelb/Veiß. Dieser Effekt ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass sich ein Mantel aus -elben Gas in der Lampe befindet. Die u-asmenge zwischen dem Lichtbogen und der Larapenwand bestimmt die Farbe und erniedrigt den Wirkungsgrad der Lampe, wenn im Überschuß vorhanden.

009850/U38

Claims (4)

1. 2022770

   _ 1o -

   Patentana prüche

   ( 1./Hochleistungsbogenlampe, enthaltend einen lichtdurchlässigen Mantel aus einem bei erhöhter Temperatur mit Zinnchlorid nicht reagierenden Material mit in die Lampenenden eingesiegelten Elektroden und einer Füllung im Mantel, die Zinnchlorid, elementares Zinn und/ ouer Zinnjodid und ein inertes ^as zum Erleichtern der Zündung enthält.
2. 2. Lampe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Zusatz von Quecksilber als Puffergaa.
3. 3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Mantel aus quarzglas besteht.
4. 4. Lampe nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet , dass die Elektroden dünne V/olframstifte sind und die Leistungsaufnahme ausreicht, dass die Elektroden mit ihren Spitzen in der Nähe des Schmelzpunktes arbeiten.

   BAD