DE2059577C3

DE2059577C3 - Niederdruck-Natriumdampf-Entladungslampe

Info

Publication number: DE2059577C3
Application number: DE2059577A
Authority: DE
Inventors: Jan Goorissen; Thomas Holmes; Arie Jan Rudolf De Kock; Gustaaf Adolf Wesselink
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-12-13
Filing date: 1970-12-03
Publication date: 1978-04-06
Also published as: NL164423C; NL164423B; DE2059577B2; NL6918745A; BE760258A; US3678315A; GB1284789A; FR2073525A5; DE2059577A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Niederdruck-Natriumdampf-Entladungsiampe mit einer völlig geschlossenen Entladungsröhre und einem diese Röhre umgebenden Außenkolben, wobei im Betriebszustand der Lampe der Natriumdampfdruck in der Entladungsröhre niedriger als der der Temperatur der Entladungsröhre entsprechende Druck ist, während die Betriebstemperatur der Entladungsröhre oberhalb 260°C liegt

Unter einer Niederdrucklampe ist hier eine Lampe zu verstehen, bei der der Druck in <ter Entladungsröhre niedriger als 150 Torr ist Unter einer völlig geschlossenen Entladungsröhre ist eine Entladungsröhre zu verstehen, deren Wand keine Öffnungen besitzt, durch die der Inhalt des Entladungsraumes mit dem Raum zwischen dem Außenkolben und der Entladungsröhre in offener Verbindung stehen würde.

Bei Natriumlampen muß häufig ein Kompromiß zwischen der Lichtausbeute (zum Beispiel gegeben durch die Anzahl Lumen/Watt) und der Anzahl Lumen/Liter gesucht werden. Unter der Anzahl Lumen/Liter ist die Menge ausgestrahlten Lichtes geteilt durch den Inhalt der Entladungsröhre in Litern zu verstehen. Eine Natriumlichtquelle, bei der das Produkt von Lumen/Watt und Lumen/Liter höher als das einer anderen Natriumlichtquelle ist, ist eine Lichtquelle höherer Güte.

Aus verschiedenen Veröffentlichungen, u.a. aus »Recent improvements in sodium Lamps«, Philips Technical Review, Vol. 23,1961/62, S. 248, rechte Spalte, ist es bekannt, daß bei Natriumlampen oft eine für die Lichterzeugung günstige Situation erhalten wird, wenn der Natriumdampfdruck einen Wert aufweist, der einer Temperatur von etwa 260⁰C bis 27O°C entspricht. Es lassen sich zwei Fälle unterscheiden. Erstens eine Natriumlampe, bei der der Natriumdampfdruck lediglich durch die Temperatur der Wand des Entladungsraumes bestimmt wird. Zweitens eine Natriumlampe, bei der der Natriumdampfdruck nicht oder nicht nur durch die Temperatur der Wand des Entladungsraumes bestimmt wird. Die erste Lampe eignet sich grundsätzlich weniger gut für eine hohe Belastung (d. h. für eine Vergrößerung der Anzahl Lumen/Watt), weil bei einem größeren elektrischen Strom durch die Lampe auch die Temperatur der Wand des Entladungsraumes und somit die den Dampfdruck bestimmende Temperatur einen Wert von 260⁰C übersteigt, d. h., daß der Natrium

dampfdruck in einen für die Lichterzeugung weniger günstigen Bereich gelangt Bei der zweiten Lampe können mit einer hohen Strombelastung jedoch günstigere Ergebnisse erzielt werden, weil eine Temperatur der Wand des Entladungsraumes über 260⁰C mit einem Natriumdampfdruck kombiniert werden kann, der einer die Temperatur der Wand des Entladungsraumes unterschreitenden Tempera'ur entspricht In diesem Falle kann also dieser Dampfdruck einen für die Lichterzeugung günstigen Wert aufweisen.

Eine bekannte Niederdruck-Natriumdampf-Entladungslampe der zweiten Art ist z. B. aus der FR-PS 15 72 848 bekannt Eine in dieser Patentanmeldung beschriebene Entladungsröhre ist mit einer Ausstülpung versehen, deren Temperatur etwas niedriger ist als die der Entladungsröhre. Dadurch wird erreicht, daß tatsächlich im Betriebszustand der Lampe der Natriumdampfdruck in der Entladungsröhre niedriger als der der Temperatur dieser Entladungsröhre entsprechende Druck ist Ein Vorteil dieser bekannten Lampe ist der, daß sie hoch beiastet werden kann, so daß der Lumen/Liter-Wert verhältnismäßig groß ist Die Herstellung eines mit einer Ausstülpung versehenen Entladungsrohres ist aber verhältnismäßig verwickelt und teuer. Außerdem ist die Lampe durch das Vorhandensein der Ausstülpung leicht verletzlich.

Aus der DE-AS 11 96 292 ist eine Quecksilberdampfniederdruckentladungslampe bekannt, die zur Steuerung des Dampfdruckes beim Betrieb der Lampe Indium enthält.

Weiterhin zeigt die US-PS 33 98 312 eine Quecksilberdampfentladungslampe mit Natriumjodid als Zusatz. In diese Lampe wird zur Bindung freien Jods ein weiteres Metall, z. B. Indium, eingebracht. Auf diese Weise sollen die Betriebsbedingungen, wie Dampfdruck, Betriebs- und Zündspannung u. a., gesteuert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Niederdruck-Natriumdampf-Entiadungslampe zu schaffen, bei der das Qualitätsprodukt von Lumen/Watt und Lumen/Liter verhältnismäßig hoch ist, ohne aber leicht verletzlich zu sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Niederdruck-Natriumdampf-Entladungslampe eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Erzielung des niedrigeren Dampfdrucks in der Entladungsröhre auch Indium vorhanden ist, wobei die Anzahl der Indiumatome zwischen 55% und 95% der Gesamtanzahl Indium- und Na'riumatome in der Entladungsröhre liegt

Ein Vorteil dieser Lampe ist der, daß zum Erhalten des verlangten Dampfdruckes keine Ausstülpung benötigt wird. Der herabgesetzte Druck wird hier durch den Indiumzusatz in der Entladungsröhre erhalten.

Es hat sich herausgestellt, daß, wenn der Indiumprozentsatz niedriger als der angegebene Wert von 55% ist, das Produkt von Lumen/Watt und Lumen/Liter im Vergleich zu einer Lampe, bei der in der Entladungsröhre lediglich Natrium vorhanden ist, nahezu nicht erhöht wird. Außerdem wurde gefunden, daß, wenn der Indiumprozentsatz den angegebenen Wert von 95% überschreitet, die Wand der Entladungsröhre, die in der Regel aus Glas besteht, stark angegriffen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt (teilweise im Schnitt) eine Ausführungsform einer Niederdruck-Natriumdampf-Entladungslampe.

In der Figur bezeichnet 1 eine U-förmig gestaltete

Entladungsröhre, von der ein Schenkel mit 2 und der andere Schenkel mit 3 bezeichnet ist. Am Ende des Schenkels 2 befindet sich eine Elektrode 4, am Ende des Schenkels 3 eine Elektrode 5. Die Entladungsröhre 1 ist von einem Außenkolben 6 umgeben. Der Raum s zwischen Entladungsröhre 1 und Außenkolben 6 ist nahezu völlig evakuiert. Auf der Innenseite des Außenkolbens 6 befindet sich eine durchsichtige Indiumoxydschicht 7. Diese Schicht reflektiert in erheblichem Maße Infrarotlicht, weist aber für Natriumlicht eine große Durchlässigkeit auf. Mit 8 ist ein Lampensockel bezeichnet

Die Entladungsröhre 1 der beschriebenen Ausführungsform enthielt außer einem Edelgas eine Menge von 37,5 mg Natrium und außerdem eine Menge Indium von 1250 mg. Unter Berücksichtigung der Atomgewichte von Natrium und Indium von 23 bzw. 115 betrug die Anzahl Indiumatome in der Entladungsröhre (in % der Gesamtanzahl in der Entladungsröhre vorhandener Indium- und Natriumatome) etwa

1250 /1250 37,5'
ΤΓΊΓ Λ 115 ⁺ "23 ,

100% = 100% = etwa 87%.

Die beschriebene Lampe wurde auf nicht näher angegebene Weise über eine Stabilisierungsimpedanz i> an ein Niederfrequenzwechselstromnetz, z. B. von 220 V, 50 Hz, angeschlossen. Die nachstehende Tabelle erwähnt vergleichsweise die Ergebnisse mit einer erfindungsgemäßen Lampe (d. h. der eben beschriebenen Lampe) und die Ergebnisse mit einer nicht nach der -20 Erfindung ausgeführten Lampe, d. h. einer Lampe, bei der die Entladungsröhre kein Indium, sondern nur Natrium und Edelgas enthielt und die die gleichen Abmessungen aufwies. Bevor näher auf diesen Vergleich eingegangen wird, soll noch folgendes bemerkt werden. Je nach der aufgenommenen elektrischen Leistung und dem Wirkungsgrad weist eine Lampe eine größere oder kleinere Anzahl Lumen/Liter auf. Die Anzahl Lumen/Liter, die gefunden wird, wenn die Lampe derart eingestellt ist, daß sie eine für diese Lampe maximal erzielbare Anzahl Lumen/Watt aufweist, wird als G-Wert dieser Lampe bezeichnet. Bei

10,85 12,48

dem in der nachstehenden Tabelle angegebenen Vergleich sind die Lampe nach der Erfindung und die nicht nach der Erfindung ausgeführte Lampe bereits auf ihren sogenannten G-Wert, d. h. auf ihre maximale Anzahl Lumen/Watt, eingestellt. Die mittlere Spalte der Tabelle gibt die Daten der erfindungsgemäßen Lampe, d. h. der indiumhaltigen Lampe, an, /ihrend die rechte Spalte der Tabelle die Daten der Lampe ohne Anwendung der Erfindung angibt, d. h. einer entsprechenden Lampe, deren Entladungsröhre kein Indium enthielt Der obere Teil der Tabelle bezieht sich auf die Abmessungen der Lampe und der Entladungsröhre. Der zweite Teil bezieht sich auf die Füllung der Entladungsröhre und der dritte Teil auf die elektrischen Eigenschaften, wie Brennspannung, Lampenstrom usw.

Im unteren Teil der Tabelle werden Daten über die Lichteigenschaften der Lampen erwähnt. Wie aus der Tabelle hervorgeht, beziehen sich die Versuche auf Lampen mit gleichen Abmessungen.

Betrifft

Lampe nach der Hrfindung (mit Indium)

Lampe nicht nach der

Erfindung

(ohne Indium)

Lampenlänpe (cm)

Lampendurchmesser (cm) 6,5

Länge der Entladungsröhre (cm) (beide Schenkel zusammen)

Innendurchmesser der Entladungsröhre (cm) 1,9

Inhalt der Entladungsröhre (Liter) 0,23

wie in der vorhergehenden Spalte

Gewicht des Natriums in der Entladungsröhre (mg)
Gewicht des Indiums in der Entladungsröhre (mg)

100 I (- Anzahl Atome In

\Anzahl Atome In + Anzahl Atome Na.

in der Entladungsröhre (%)

Brennspannung der Lampe (Volt)
Lampenstrom*) (Ampere)
Leistung*) (Watt)

Lichtausstrahlung der Lampe (Lumen)*)
Anzahl Lumen pro Liter (= (/-Wert)
Lichtausbeute*) in Lumen pro W;\tt (= .S'-Wer!)

Lumen

/ Lumen \
\Wat; UtcrJ

Produkt GxS

*) Hei l'instellung auf lliichst/ahl Lumen pro Wall.

37,5 I

etwa 37%

1,53
186

21 93 115,3

107 ■ IO⁵ 800 Null

Null

110,5 0,945 93

I 3 030 56 650 140,5

79 ■ ΙΟ⁵

Die Daten der Lampen in bezug auf die Brennspannung usw. und die Lichtausstrahlung usw. sind nach 100 Stunden gemessene Werte. Die Temperatur an der Stelle der Wand der Entladungsröhre der Lampe nach der Erfindung war im Betriebszustand etwa 350⁰C. Das ^s Natriumgewicht in der erfindungsgemäßen Lampe ist erheblich geringer als das in der nicht nach der Erfindung ausgeführten Lampe gewählt, damit vermieden wird, daß ein ungünstig großes Gesamtgewicht von Nairium und Indium erhalten wird. i"

Aus der Tabelle geht hervor, daß das Qualitätsprodukt GxS- in Lumen²/Watt-Liter ausgedrückt — in einer Lampe nach der Erfindung etwa 35% höher als in einer nicht nach der Erfindung ausgeführten Lampe ist. Dies bedeutet, daß die Güte der erfindungsgemäßen i<. Lampe höher ist. Die Lichtausbeute der Lampe nach der Erfindung ist zwar verhältnismäßig niedrig, aber die Anzahl Lumen/Liter der erfindungsgemäßen Lampe ist beträchtlich höher geworden.

Die in der Figur dargestellten kleinen Ausstülpungen der Entladungsröhre 1 haben den Zweck, das Natrium und Indium gleichmäßig in der Entladungsröhre verteilt zu halten.

Um eine 260⁰C überschreitende Betriebstemperatur zu erhalten, kann die Lampe z. B. mit einer oder mehreren Infrarotlicht reflektierenden Schichten versehen werden, wobei die Durchlässigkeit sämtlicher Schichten für Natriumlicht größer als 80% ist. Eine andere Maßnahme, die gegebenenfalls in Verbindung mit der vorerwähnten Maßnahme angewandt werden könnte, besteht z. B. darin, die Lampen gedrängt oder kugelförmig auszubilden, wodurch die Wärmeableitung herabgesetzt wird. Es könnten auch noch gesonderte Erhitzungsquellen verwendet oder die Lampe in warmen Räumen gebraucht werden.

Eine Niederdruck-Nalriumdampf-Entladungslampe nach der Erfindung läßt sich insbesondere in einer nahezu völlig geschlossenen Leuchte unterbringen. In diesem Fall kann durch eine nicht besonders starke Kühlung auch eine hohe Temperatur der Lampe erreicht werden. Die Kombination von Leuchte und Lampe eignet sich in diesem Falle besonders gut zur Verwendung für Straßenbeleuchtung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Niederdruck-Natriumdampf-Entladungslampe mit einer völlig geschlossenen Entladungsröhre und einem diese Röhre umgebenden Außenkolben, wobei im Betriebszustand der Lampe der Natriumdampfdruck in der Entladungsröhre niedriger als der der Temperatur der Entladungsröhre entsprechende Druck ist, während die Betriebstemperatur der Entladungsröhre oberhalb 260° C liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung des niedrigeren Dampfdrucks die Entladungsröhre auch Indium enthält, wobei die Anzahl der Indiumatome zwischen 55% und 95% der Gesamtanzahl in der Entladungsröhre vorhandener Indium- und Natriumatome liegt