DE2120471A1

DE2120471A1 - Eine ummantelte Alkalihalogeniddampflampe mit Getter

Info

Publication number: DE2120471A1
Application number: DE19712120471
Authority: DE
Inventors: Henry Stephen Schenectady N.Y.; Hellman Wayne Richard Euclid; Buccilli Peter Richard South Euclid; Ohio; Spacil (V.StA.). P
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-04-29
Filing date: 1971-04-27
Publication date: 1971-11-18
Also published as: GB1311644A; NL7104712A; JPS5038269B1; DE2120471C3; DE2120471B2; US3626229A; FR2089721A5; BE765484A; NL157454B

Description

Die Erfindung betrifft Metalldampfbogenlampen, in denen eine Bogenentladung in einem in einem Quarzrohr enthaltenen
ionisierbaren Medium stattfindet, das Alkalihalogenide enthält. Speziell betrifft die Erfindung das Verhindern von
Alkalimetallverlusten aus der Entladungsröhre aus Quarz mit dem Ziel, die Haltbarkeit und Lebensdauer der Lampe zu verbessern.

Die Erfindung ist besonders nützlich bei Quecksilber-Metallhalogenidlampen, bei deren Betrieb ein Plasma bestehend aus

T09S47/T233

Metallionen und Elektronen aufrechterhalten wird, das durch Dissoziation verschiedener Metalljodide bei sehr hohen Temperaturen gebildet wird. Derartige Lampen sind beschrieben und beansprucht im US-Patent 3 2 34 M-21. Die besonders erwünschten Eigenschaften dieses Lampentyps sind eine sehr günstige Farbverteilung, eine hohe Lichtausbeute, die bis zu 100 Lumen pro Watt erreicht, eine möglichst lange Lebensdauer und die Möglichkeit der Austauschbarkeit mit herkömmlichen Quecksilberlampen der gleichen Leistungsaufnahme.

Gemäss ihrem Aussehen und ihrer allgemeinen Konstruktion ähnelt die Metallhalogenidlampe einer herkömmlichen Ouecksilber- ^ hochdrucklampe mit einer Entladeröhre aus schwer schmelzbarem Glas oder Quarz, die in eine äussere Hülle aus Glas eingebaut ist. Die verbreitetste Art ist ehendig und mit einem Schraubgewinde an diesem Ende versehen. Die thermoionischen Hauptelektroden sind an den Enden der Entladungsröhre vorgesehen, die eine gewisse Menge Quecksilber und Metallhalogenid zusammen mit einem inerten Gas für den Start enthält. So enthält z.B. eine Lampe, die kommerziell von der Anmelderin hergestellt wird und als "400-Watt Multi -Vapor Lamp" bekannt ist, Quecksilber, Natriumjodid, Thalliumjodid und Indiummonojodid, wodurch eine ausgeglichene Farbverteilung im sichtbaren Bereich mit einer Lichtausbeute von 85 bis 90 Lumen pro Watt erreicht wird.

Ein hartnäckiges Problem bei den Metallhalogenidlampen, bei denen eines der Metalle ein Alkalimetall - im allgemeinen Natrium 'oder Lithium - ist, ist der Verlust von Alkalimetall aus der Entladeröhre während des Betriebs. Ein daartiger Verlust erhöht die elektrische Betriebsspannung, verschlechtert die Farbqualität durch Verschiebung nach blau und vermindert die Leistungsfähigkeit soweit, dass die Entladeröhre versagt. Fotoelektrolyse ist als ein Mechanismus dieses Verlustes bekannt, wobei Alkalimetallionen durch das Quarz diffundieren.

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- 3 - _ ! JU ¹J 4 / ]

Die Fotoelektrolyse kann auf verschiedenen Wegen unterdrückt werden, die alle das Ziel haben, die Zahl der kurzwelligen Fotoelektronen zu vermindern, die die Aussenflache der Quarzentladungsröhre erreichen, wo sie Natriumionen reduzieren können, die durch die Quarzwand diffundieren. Trotz solcher Maßnahmen findet man bei Natrium enthaltenden Lampen weiterhin einen Verlust dieser Substanz unter Betriebsbedingungen.

Das Vorgesagte lässt vermuten, dass einige weitere Mechanismen existieren, die wie die Fotoelektrolyse die Diffusion des Natriums oder anderer Alkalimetalle durch das Quarz begünstigen. Solch ein Mechanismus, der zu einer niedrigen aber bedeutsamen Geschwindigkeit des Entweichens von Natrium führt,kann neben einem anderen Mechanismus, wie der Fotoelektrolyse, die einen hohen-Natriumverlust verursacht, nicht beobachtet werden. Mit der Ausschaltung der Fotoelektrolyse wurden die Wirkungen der zusätzlichen Natriumverluste, die mit geringer Geschwindigkeit auftreten,deutlich.

Gegenstand der Erfindung ist es, solch einen Mechanismus aufzuzeigen, der zu einem langsamen Verschwinden des Alkalimetalls führt und einen geeigneten Weg zur Verhütung zu finden.

Erfindungsgemäss wird nach Verhinderung der Fotoelektrolyse als Ursache folgender zweistufiger Reaktionsmechanismus für den weiteren Verlust von Alkalimetall aus der Entladungsröhre angenommen. Der erste Reaktionsschritt wird dargestellt durch folgende Gleichung

MI + H₀O > MOH + HI I.

Hierin stellt M das Alkalimetall dar. Das Wasser (H„0) und das Alkalimetallhydroxid (MOH) befinden sich in der äusseren Umhüllung ausserhalb der eigentlichen Entladungsröhre, das Alkalimetalljodid (MI) und die Jodwasserstoffsäure (HI) befinden sich innerhalb der Entladungsröhre; das Alkalimetall

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und der Wasserstoff werden durch die Quarzwand in entgegengesetzter Richtung in Form von M und H -Ionen transportiert. Innerhalb der Entladeröhre ist die Stabilität von HI gering (die Gleichgewichtskonstante liegt bei ungefähr 5), so dass es deutlich in I_ und H„ dissoziiert. Letzteres diffundiert als molekularer Wasserstoff durch die Quarzwand, wodurch E„ in den Aussenraum zurückkehrt und einen Wasserstoffdruck innerhalb der äusseren Ummantelung aufbaut.

Wenn das H₇/Η,-,0-Verhältnis innerhalb der äusseren Ummantelung ~ einen genügend hohen Wert erreicht, wird das Alkalimetall M gemäss der folgenden Reaktion laufend aus der Entladungsröhre abnehmen:

MI + 1/2 H₂ » M + HI II,

wobei nunmehr H„ und M in dem Aussenraum und MI und HI wie zuvor im Inneren der Entladeröhre sind. In jedem Falle wird die Gesamtreaktionsgeschwindigkeit von der niedrigen aber endlichen Diffusion
bestimmt.

Diffusionsgeschwindigkeit der Protonen H durch die Quarzwand

Die Reaktion I verbraucht H„0 und kann daher nur solange ablaufen, als Wasserdampf vorhanden ist. Die Reaktion II kann dagegen unbegrenzt ablaufen, solange Wasserstoff vorhanden ist, weil H nicht verbraucht oder irgendwo festgehalten wird und falls Wasserdampf die ursprüngliche Quelle des Wasserstoffs in dem Aussenraum ist, kann nur die Hälfte des ursprünglichen Wasserstoffs gemäss Reaktion I verbraucht werden. Hieraus ergibt sich ein Mechanismus, durch welchen das Alkalimetall, Natrium oder Lithium vollständig aus der Entladeröhre entweichen kann. In Übereinstimmung mit der Erfindung lässt sich ein solcher Verlust des Alkalimetalls vermeiden, indem man in den Zwischenraum zwischen der Ummantelung und der Entladeröhre einen Getter vorsieht, der in der Lage ist, den Wasserstoff-

_7 druck in diesem Zwischenraum bei ungefähr 10 Atmosphären zu

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halten. Ein brauchbarer Getter ist Zirkon, das bei 350 bis 450 C genügend wirksam ist, wenn es einen genügend niedrigen anfänglichen Wasserstoffgehalt besitzt, so dass sein Wasserstoffgehalt während des Betriebs unter einem Maximum von ungefähr 1000 Teilen pro Million (in Atomen) bleibt.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der Metallhalogenidlampe, die die Erfindung verkörpert.

Fig. 2 zeigt schematisch den Querschnitt einer Entladungsröhre aus Quarz, der die unter Transport von Ionen oder Molekülen ablaufenden Reaktionen verdeutlicht.

Fig. 3 zeigt die Gleichgewichtskonstante der Reduktion von gasförmigem NaOH und LiOH zu Metalldämpfen.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, besteht eine typische Quecksilbermetallhalogeniddampflampe 1, durch welche die Erfindung verkörpert wird, aus einer äusseren gläsernen Umhüllung odei> Mantel 2 von ellipsoidaler Form mit einem Hals 3. Der Hals ist verschlossen durch einen hineinragenden Fuss 4, durch den sich steife Einlaßdrähte 5, 6 erstrecken, die an ihrem äusseren Ende mit den Kontakten des Schraubgewindes 8 und an ihrem inneren Ende mit der inneren Entladeröhre 9 verbunden sind.

Die innere Entladeröhre ist aus einem quarzähnlichen Glas oder aus geschmolzenem Quarz hergestellt und ist an entgegengesetzten Enden mit eingeschmolzenen Hauptelektroden für die Entladung 11, 12 und einer Hilfsstartelektrode 13 versehen. Die Elektroden werden von Einlassdrähten gehalten, die einschliesslich dünner Zwischenstücke aus Molybdänfolie luftdicht zwischen den abgeflachten oder gequetschten Enden der Entladeröhre eingeschmolzen sind. Die Hauptelektroden 11 und 12 bestehen beide aus einer doppelten Schicht von Wolframdrahtwindungen, die um einen Wolframdrahtkern gewickelt sind und mit Thoriumoxid, welches

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die Windungen bedeckt und die Zwischenräume zwischen den Windungen füllt, aktiviert ist.

Die Entladeröhre wird innerhalb der äusseren Umhüllung durch einen geteilten oder zweiteiligen Halter 15 am unteren Ende und 16 am oberen Ende gehalten. Jeder Teil besteht aus einem Paar langgestreckter Haltestäbe, die mit einem Metallbügel 17 überbrückt sind, die sich um die zusammengedrückten Enden der Entladeröhre spannen. Der Befestigungsteil der Lampenbasis ist am Einlassdraht 6 angeschweisst und, dient als Elektrizitätsleiter zur Hauptelektrode 11. Der obere Befestigungsteil ist mit einem Federteller 18 verbunden, der in den hineinragenden w Stutzen 19 des oberen Endes der äusseren Umhüllung einrastet. Die Hauptelektrode 12 ist mit dem Einlassdraht 5 durch einen gebogenen Draht 21 verbunden. Die Startelektrode 13 ist mit dem Einlassdraht 5 durch einen Strombegrenzungswiderstand 2 2 verbunden. Ein thermischer Schalter 23, der aus einem Bimetall besteht, wird verwendet, um die Hilfselektrode 13 mit der Hauptelektrode 11 kurzzuschliessen, sobald sich die Lampe erwärmt gemäss der technischen Lehre des US-Patentes 3 226 597.

In einer Metallhalogenidlampe, die kommerziell von der Anmelderin herges-feLlt wird und die unter der Bezeichnung "Multi-Vapor" verkauft wird, enthält die Entladeröhre Argon mit einem ν Druck von ungefähr 2 5 Torr und eine Menge Quecksilber, die weitgehend während des Betriebes verdampft wird und dabei einen Partialdruck von 1 bis 15 Atmosphären ausübt, ferner eine Menge Natriumiodid in einem solchen Überschuss, dass bei der Betriebstemperatur nicht alles verdampft, ferner kleinere Mengen von Thalliumjodid und Indiumjodid. In der beschriebenen 4-00 Watt-Lampe und in kleineren Lampen ist die aus sere Umhüllung evakuiert. In grösseren Lampen, wie in 1000 Watt-Lampen, ist die äussere Umhüllung mit einem inaktiven Gas gefüllt; geeignet ist Stickstoff von einer halben Atmosphäre Druck.

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Der Verlust des Alkalimetalls, beispielsweise des Natriums, aus der Entladeröhre einer Metallhalogenidentladungslampe führt zu unerwünschten Änderungen der elektrischen Charakteristik, z.B. zu einem Anwachsen des Spannungsabfalls über dem Lichtbogen und zu einer Erhöhung der Zündspannung. Zusätzlich vermindert sich die Lichtausbeute und die Spektralcharakteristiken verschlechtern sich durch Verlust der roten Komponente. Der Natriumverlust kann seine Ursache in einer Elektrolyse von Natrium durch die Quarzwand der Entladeröhre haben. Nach theoretischen Überlegungen tritt eine Elektrolyse unter dem Einfluss von Fotoelektronen auf, die unter dem Einfluss von UV-Strahlung von Metallteilen ausgesandt werden, z.B. von Seitenstäben, die die Entladeröhre halten. Die Fotoelektronen erzeugen ein negatives Potential an der äusseren Oberfläche der Entladeröhre, das Natriumionen neutralisiert, die durch die Quarzwand diffundieren.Andere Alkalimetallatome einschliesslich Lithium, Kalium, Rubidium und Cäsium können nach einem ähnlichen Mechanismus verloren gehen.

Der Verlust des Natriums durch Fotoelektrolyse kann in erträglichen Grenzen gehalten werden oder die Fotoelektrolyse kann wirkungsvoll unterdrückt werden durch verschiedene Verfahren, die darin bestehen, dass sie die Zahl der kurzwelligen Fotoelektronen verringern, die die Aussenseite der Quarzentladeröhre treffen. Ein bequemer Weg ist die Benutzung seitenstabfreier oder einteiliger Befestig_ungskonstruktionen von der Art, wie sie ursprünglich im US-Patent 2 888 5 85 angegeben wurde. Eine andere Methode besteht darin, die Seitenstäbe mit einem isolierenden Material zu überziehen. Ungeachtet der eben beschriebenen Massnahmen zeigen Natrium enthaltende Lampen unter Betriebsbedingungen weiterhin einen Natriumverlust. Dies führte zu dem Schluss, dass noch ein weiterer Mechanismus beim Betrieb dieser Lampen existieren müsse, der die Diffusion vcn Natrium oder anderen Alkalimetallen durch die Quarzwand bewirkt und der für die niedrige aber ausgeprägte Geschwindigkeit des

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Verlustes von Natrium verantwortlich ist, die vorher nicht beobachtet wurde. Die Notwendigkeit, solch einen Mechanismus zu ergründen und den Alkalimetallverlust zu verhüten, wurde grosser durch den höheren und gleichmässigen Natriumjodiddruck innerhalb der Entladeröhre, der durch asymmetrische- Konstruktionen verursacht wird, welche den Temperaturunterschied zwischen den heissen und kalten Teilen der Entladeröhre vermindern. In der beschriebenen Lampe, die für einen Betrieb mit nach oben gerichtetem Schraubgewinde gewünscht wird, wird dies durch einen hitzereflektierenden Überzug 24- erreicht, der sich nur am unteren Ende der Entladeröhre befindet und durch die Elektrode 12 am unteren Ende, die kleiner ist als die Elektrode 11 am oberen Ende.

Jeder Mechanismus des Natriumverlusts, der proportional dem Natriumjodiddruck oder eine andere Funktion dieses Druckes ist, wird unter diesen Bedingungen rascher vor sich gehen.

Erfindungsgemäss wird angenommen, dass der Verlust von Alkalimetall, wie z.B. Natrium, durch zwei Reaktionen stattfinden kann, wobei beide den Transport von Natriumionen und positiv geladenen Wasserstoffionen oder Protonen in entgegengesetzten Richtungen durch die Quarzwand der Entladeröhre einschliessen. Die erste Gesamtreaktion, wobei Reaktionspartner und Reaktionsprodukte als gasförmig betrachtet werden, lautet folgendermassen:

NaI + H₂O * NaOH +HI I,

wobei das Wasser (H„0) und das Natriumhydroxid (NaOH) sich innerhalb der äusseren Umhüllung befinden und das Natriumjodid (NaI) und die Jodwasserstoffsäure (HI) sich innerhalb der Entladeröhre befinden. Die angenommenen Reaktionen auf beiden Seiten der Quarzwand sind in Fig. 2 dargestellt, welche ' einen Schnitt durch die Entladeröhre aus Quarz bei Temperaturen oberhalb 1150°K darstellt. Auf der Aussenseite der Wand reagiert H„0 mit Na -Ionen unter Bildung von gasförmigem NaOH

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_ Q —

und einem Proton H . Das Proton diffundiert durch die Quarzwand zur Innenfläche der Entladeröhre, wo es mit gasförmigem NaI unter Bildung eines weiteren Natriumions Na und HI reagiert. Das Natriumion diffundiert durch die Quarzwand hinaus in das Volumen der Umhüllung und der Prozess wiederholt sich. Die Stabilität von HI ist gering (Gleichgewichtskonstante ungefähr 5), so dass es merklich in I„ und H„ dissoziiert. Letzteres diffundiert durch die Quarzwand als molekularer Wasserstoff, wodurch H in das Volumen der äusseren Umhüllung zurückkehrt. Das gasförmige NaOH kondensiert sich an den kälteren Teilen der Umhüllung, wodurch der Sauerstoff und ein Teil des Wasserstoffs aus der Atmosphäre der äusseren Umhüllung entfernt wird, der Rest des Wasserstoffes bleibt in gasförmiger Form vorhanden und lässt den Wasserstoffdruck ansMgen im gleichen Masse wie der Wasserdampf verbraucht wird.

Wenn das H„/H₉O-Verhältnis innerhalb der äusseren Umhüllung einen genügend hohen Wert erreicht, wird das Natrium weiterhin aus der Entladungsröhre mit Hilfe einer zweiten Gesamtreaktion verlorengehen, bei der die Reaktionspartner und die Produkte als gasförmig betrachtet werden:

NaI + 1/2 H₂ > Na + HI II,

wobei nun der Wasserstoff (H„) und das Natrium (Na) sich in dem äusseren Raum befinden, während sich das Natriumjodid (NaI) und die Jodwasserstoffsäure (HI) wie zuvor im Inneren der Entladeröhre befinden. In diesem Fall schlägt sich der metallische Natriumdampf an den kälteren Teilen der äusseren Umhüllung nieder, während der Wasserstoff lediglich einen Kreislauf durch die Quarzwand zurücklegt. Der Wasserstoff wird ins Innere der Entladeröhre als Proton H zurückgeführt, gleicht die Diffusion der Natriumionen Na aus und diffundiert schliesslich als molekularer Wasserstoff zurück, wodurch der Wasserstoffdruck im Aussenraum aufrechterhalten wird. Die Reaktion II dürfte weniger direkt als vielmehr in Form einer

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Reaktionsfolge, bestehend aus Reaktion I gefolgt von einer Reduktion des gasförmigen NaOH zu gasförmigem Na und Wasser, bestehen. Das metallische Natrium wird dann an der äusseren Umhüllung kondensieren, während das Wasser mit einem Natriumion reagiert, das durch die Quarzwand wandert, um ein weiteres gasförmiges NaOH zu bilden und ein Proton H mit demselben Endergebnis. Die Gleichgewichtskonstante der Fig. 3 zeigt, dass eine direkte Reduktion von gasförmigem NaOH und LiOH bei einem H₀/H₀O-Verhältnis von 1 bis 100 erfolgt, wenn die Summe von

— κ H₂ ^- und H 0-Drucken in der Grössenordnung von 10 Atmosphären

liegt. Die Menge des Wasserdampfes_} die normalerweise in der äusseren Umhüllung einer Lampe infolge von Verunreinigung, OH- im Glas, Restverunreinigungen usw., vorhanden ist, führen ™ während des Betriebs zu einem Wasserdruck in dieser Grössenordnung.

Während die Reaktion I nur dann ablaufen kann, wenn Wasserdampf in der äusseren Umhüllung vorhanden ist, kann die Reaktion II unbegrenzt ablaufen, weil H₂ bei dem PrOzess nicht verbraucht wird und durch diesen Mechanismus daher das Natrium vollständig aus der Entladeröhre entfernt werden kann.

Auf der Grundlage der angenommenen Reaktionen kann der Verlust von Natrium oder anderen Alkalimetallen verhindert oder verringert werden durch Beachtung der folgenden Anforderungen k an die Atmosphäre innerhalb der äusseren Umhüllung:

(1) der Wassergehalt sollte auf den niedrigst möglichen Stand gebracht werden und (2) die Möglichkeit einer Reduktion während des Betriebs, d.h. ein hohes H_o/H„0-Verhältnis sollte vermieden werden. Das bedeutet, dass entweder H„0 weggefangen werden sollte, so dass sich nachher durch Reaktion I kein H„ bilden kann oder dass das H₀ weggefangen werden sollte, damit die Reaktion II nicht ablaufen kann. Normalerweise erlaubt die in der äusseren Umhüllung einer MetallhalogenidlaHipe₅ ιίχβ der Multi-Vapor ^OO-Watt-Lampe_s welche in der Zeichnung veranschaulicht ist₉ vorhandene Wasserdampf menge nur das Entrweichen

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von etwa 10 % des Natriums aus der Entladeröhre nach der Reaktion I. Daher ist es die Reaktion II, die für längere Zeit unterdrückt werden muss und man erreicht dies durch Verringerung des Restwasserstoffdruckes. Erfindungsgemäss sollte der restliche Wasserstoffdruck in der äusseren Umhüllung auf

-6 wenigstens eine Grössenordnung unterhalb 10 Atmosphären

_7 reduziert werden, d.h. um einen Faktor 10 auf 10 Atmosphären, um eine merkliche Verminderung des Natriumverlustes zu erreichen. Der maximale Wasserstoffdruck wurde berechnet, der geduldet werden kann, ohne dass es zu einem übermässigen Verlust von Natrium aus der Entladeröhre durch die Reaktion II während einer typischen Lampenlebenszeit kommt. Für eine Lebensdauer von 10 000 Stunden ergeben kinetische Überlegungen einen Maximalwert des Natriumdrucks p_M in der äusseren Umhüllung

-13 einer mit Vakuum umgebenen Lampe von 10 Atmosphären. Unter

-4
der Annahme, dass p„ j 6 χ 10 Atmoshären beträgt und dass p„, 10 Atmosphären beträgt und unter der Annahme einer durchschnittlichenWaidtemperatur der Entladungsröhre von 1150 K erhält man eine Gleichgewichtskonstante der Reaktion

-9
II K_TT = 5 χ 10 und einen entsprechenden Wert für p_u von

— 9 -9 2

10 Atmosphären. Ein Restwasserstoffdruck von 10 Atmosphären stellt eine extrem scharfe Forderung auf Beseitigung von Wasserstoffspuren aus der äusseren Atmosphäre dar. Sie bedeutet, dass der maximal erlaubte Rest Wasserstoff ungefähr 1000 mal kleiner ist als der vorhandene in der Grosse einiger Mikronen oder 10 Atmosphären, der bisher für Quecksilberdampflampen als ausreichend angesehen wurde. Für eine angestrebte Lebensdauer, die deutlich weniger als 10 000 Stunden

-9 beträgt, kann ein Restwasserstoffdruck von grosser als 10 Atmosphären akzeptiert werden, dagegen ist ein Druck von

-9
weniger als 10 Atmosphären erwünscht Lebensdauer 10 000 Stunden übersteigt.

-9
weniger als 10 Atmosphären erwünscht, wenn die angestrebte

Erfindungsgemäss werden Getter innerhalb der äusseren Umhüllung im Zwischenraum vorgesehen. Sie absorbieren vorzugsweise jeden

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Wasserdampf und auf jeden Fall Wasserstoff in einem solchen

_7 Maß, dass sein Dampfdruck auf mindestens 10 Atmosphären,

-9
vorzugsweise m die Gegend von 10 Atmosphären, herabgesetzt wird. Metalle, die für diesen Zweck verwendbar sind und vorgezogen werden, sind Zirkon, Titan und Legierungen von Zirkon und Titan. Zirkon wird vorgezogen, weil seine Fähigkeit, Wasserstoff zu absorbieren, weniger durch oxidische Oberflächenschichten beeinflusst wird als bei Titan.

Bezugnehmend auf Fig. 1 werden zwei Zirkonringe 24 als Getter durch Punktschweissen am Ende der Metallspange 17 angebracht,

welche, die Enden der Entladeröhre umspannt. Die Anordnung der ringe .

Getter/in der Nähe der Enden der Entladeröhre stellt während des Betriebs der Lampe eine Temperatur im Bereich von 3 50 bis 4-50 C sicher, und bei dieser Temperatur ist Zirkon ein guter Wasserstoffabsorber. Die Ringgestalt des Zirkons erlaubt ein induktives Erhitzen nach dem Zuschmelzen der Lampe, wodurch absorbierte Gase in das Innere des Zirkonmetalls getrieben werden.

Für die "400 Watt Multi-Vapor-Lampe", die in der Fig. 1 dargeringe stellt ist, haben die beiden Getter/em Gesamtvolumen von

3 -3

0,11 cm , was 7,3 χ 10 Mol Zirkon entspricht. Bei einer

Zirkontemperatur von ungefähr 400 C während des Betriebs verhält sich der Molenbruch x„ von Wasserstoff aufgelöst als feste Lösung oder in derc<Phase in Zirkon zum Wasserstoffdruck p„ wie folgt:
^H2

x_H ²/p_H = 1,3 χ 1O⁺³.

-9
Für einen Wasserstoffdruck von 10 Atmosphären errechnet sich

_ 3 der Wert des Molenbruches x_H zu 1,1 χ 10 oder 1100 ppm

(atomar). Dies entspricht etwa 6 % der Löslichkeitsgrenze von Wasserstoff in Zirkon und zeigt, dass genügend Zirkongetter

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anwesend sein muss, um den gesamten Wasserstoff als feste •Lösung in Zirkon zu binden, damit der Wasserstoffdruck auf dem gemäss der Erfindung gewünschten niedrigen Niveau gehalten wird. Mit anderen Worten, es muss genügend Zirkon anwesend sein, so dass das gesamte Zirkon in der ^CPhase bleibt, ohne jemals den Punkt des Zirkonhydrids oder der Bildung der ά Phase durch Reaktion mit Wasserstoff zu erreichen, was einen

_ g
Wasserstoffdruck von 10 Atmosphären mit sich bringen würde.

Da eine Abnahme der Lichtstärke und eine Zunahme der Betriebsspannung die direkten Ergebnisse des Natriumverlustes sind, zeigt die Erhaltung der Lichtintensität und das Nichtansteigen der Betriebsspannung die Wirksamkeit der Maßnahmen an, die zur Reduzierung des Natriumverlustes ergriffen worden sind. Die folgende Tabelle gibt vergleichende Ergebnisse für zwei Gruppen von Lampen an, eine ohne und die andere mit einem Zirkongetter entsprechend der Erfindung, gemessen nach 100, 500 und 1000 Betriebsstunden.

Kein Zr Getter Zr Getter

Lumen pro Watt

Lumen pro Watt
% Lumen pro Watt Spannungsanstieg

Man bemerkt, dass der Verlust an Leuchtstärke nach 1000 Stunden nur 7,8 % beträgt, wenn ein Getter vorhanden ist, im Gegensatz

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OfUGJNAL INSPECTED

	100	Stunden
83,7		84,9
	500	Stunden
77,4 92,5 1,7		82,9 97,6 0,1
	1000	Stunden
71,9 85,9 4,4		78,4 92,2 1,1

- H₁ - ? 1 2 η Λ 7 1

zu 14,1 % ohne einen Getter und dass die Spannung um 1,1 % mit dem Getter steigt, im Gegensatz zu M-,M- % ohne diesen Stoff.

Seit langem wird ein Stück Zirkon im Zwischenraum mancher Quecksilberdampflampen, die eine aussere Umhüllung aus hartem Borsilikatglas (Pyrex) haben, als Getter für Wasserstoff verwendet. Dadurch soll eine harte Zündung verhindert werden. Dies folgte aus dem US-Patent 2 74-9 462 "Hochdruckquecksilberdampflampen mit Zirkongetter". Um ein hartes Zünden, das durch Wasserstoffdiffusion in die Entladeröhre verursacht wird, zu vermeiden, wurde der Wasserstoffdruck innerhalb der äusseren Umhüllung auf ungefähr 10 Atmosphären verringert. Dies wurde erreicht durch Benutzung eines relativ kleinen Stückes Zirkonmetalles als Getter, in welchem während des Einfangens von Wasserstoff Zirkonhydrid oder die S Phase gebildet wird. Der

— 6 restliche Wasserstoffdruck liegt bei etwa 10 Atmosphären und

— 7 das isijmindestens 10 mal grosser als 10 Atmosphären, die in Alkalimetallhalogenid enthaltenden Lampen geduldet werden können, um eine deutliche Verminderung des Natriumverlustes aus der Entladeröhre zu erreichen.

Erfindungsgemäss wird vorzugsweise in Metallhalogenidlampen mit einer Lebensdauer von 10 000 Stunden der Wasserstoffdruck

— 9 innerhalb der äusseren Umhüllung bei ungefähr 10 Atmosphären gehalten, um einen Natriumverlust zu vermeiden. Dies erfordert, dass der Zirkongetter, der bei 350 bis 450 C wirkt, gross genug ist und einen genügend kleinen anfänglichen Wasserstoffgehalt h'at, so dass sein Wasserstoff gehalt während des Betriebes nie einen maximalen Wert von ungefähr 1000 Teilen einer Million (atomar) überschreitet. Das bedeutet, dass der Getter die ganze Zeit in der oCPhase verbleibt, ohne jemals die S Phasenbildung wie in den früheren Quecksilberdampflampen zu überschreiten.

QfllGfNÄt, INSPECTED 109847/1233

Claims

Patentansprüche

(1 .J Ummanteltes elektrisches Entladegerät hoher Lichtintensität, dadurch gekennzeichnet , dass eine innere Entladeröhre, die aus Quarz oder quarzähnlichem Material besteht, ein ionisierbare Füllung, einschliesslich ein Alkalimetallhalogenid enthält, von einem zugeschmolzenen gläsernen äusseren Mantel umgeben ist und die Getter Zirkon, Titan oder Zirkon-Titan-Legierungen sich innerhalb des äusseren Mantels befinden und den Wasserstoffdruck in diesem Raum während der Lebensdauer des Geräts bei höchstens 10 Atmosphären halten.
2. Gerät entsprechend dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Getter in der Lage

-9 ist, den Wasserstoffdruck bei ungefähr 10 Atmosphären zu halten.
3. Gerät entsprechend dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Getter Zirkon, Titan oder eine Zirkon-Titan-Legierung ist.
4. Gerät entsprechend dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Getter Zirkon ist, dieses bei 350 bis 450 C wirkt, in einer genügend grossen Menge vorhanden ist und einen genügend geringen anfänglichen Wasserstoffgehalt besitzt, dass sein Wasserstoffgehalt während des Betriebs unterhalb 1000 ppm (atomar) bleibt.
5. Gerät entsprechend dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Getter Zirkon ist, dass dieses im Temperaturbereich 3 50 bis 4 50 C wirkt, dass seine Menge genügend gross ist und einen genügend niedrigen Wasserstoffgehalt besitzt, dass es während der Lebensdauer des Geräts stets in der ocPhase verbleibt und nie den Punkt der £ Phasenbildung erreicht.

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6. Ummanteltes elektrisches Entladegerät hoher Lichtintensität, dadurch gekennzeichnet , dass eine innere Entladeröhre, die aus Quarz oder quarzähnlichem Material besteht, ein inertes Gas, Quecksilber und ein Metallhalogenid, einschliesslich Natriumiodid, enthält, von einem zugeschmolzenen gläsernen äusseren Mantel umgeben ist, der Haltevorrichtungen für die genannte Entladeröhre und einen Getter enthält, der den Wasserstoffdruck in diesem Raum während der Lebensdauer der Lampe aufmindestens 10 Atmosphären absenkt.
7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

zeichnet , dass der Getter in der Lage ist, den

— 9
Wasserstoffdruck auf 10 Atmosphären zu senken.
8. Lampe entsprechend dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Getter Zirkon, Titan oder eine Zirkon-Titan-Legierung ist.
9. Lampe entsprechend dem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der Getter Zirkon ist, dieses bei 350 bis 450 C wirkt, in einer genügend grossen Menge vorhanden ist und einen genügend geringen anfänglichen Wasserstoffgehalt besitzt, dass sein Wasserstoffgehalt während des Betriebs unterhalb 1000 ppm (atomar) bleibt.
10. Lampe entsprechend dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Getter aus Stücken Zirkonmetall besteht, die an den Enden der Entladeröhre befestigt sind, wobei sie während des Betriebs der Lampe auf einer Temperatur von 3 50 bis 4-50 C gehalten werden und die ■ genannten Zirkonstücke gross genug sind und einen genügend geringen anfänglichen Wasserstoffgehalt besitzen, dass das Zirkon während der Lebensdauer der Lampe in der <=* Phase verbleibt, ohne den Punkt der <£ Phasenbildung zu erreichen.

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4Ψ .

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