DE2120471B2 - Hochdruckentladungslampe mit Alkalihalogenid-Zusätzen und Getter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Hochdruckentladungslampen mit Alkalimetallhalogenid-Zusätzen mit einem inneren Entladungsroiir, das aus Quarzglas oder quarzfihnlichem Material besteht und einem Außenkolben aus glasartigem Material sowie einem zwischen dem Außenkolben und dem inneren E uladungsrohr angeordneten Getter.

Die Erfindung ist besonders nützlich bei Quecksilber-Metallhalogenidlampen, bei deren Betrieb ein Plasma, bestehend aus 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 3 234 421. Die besonders gewünschten 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 Quecksilberhochdrucklampe mit einem Entladungsrohr aus schwer schmelzbarem Glas oder Quarz, das in einen Außenkolben aus Glas eingesetzt ist. Die verbreiteste Art ist einendig und mit einem Schraubgewinde in diesem Ende versehen. Die thermoionischen Hauptelektroden sind an den Enden des Entladungsrohrs vorgesehen, das eine gewisse Menge Quecksilber und Metallhalogenid zusammen mit einem Edelgas für das Zünden enthält. So enthält z. B. eine Lampe mit einer Leistung von 400 Watt, die kommerziell von der Anmelderin hergestellt wird, Quecksilber, Natriumjodid, Thalliumjodid und Indiummonojodid, wodurch eine ausgeglichene Farbverteilu. g im sichtbaren Bereich mit einer Lichtausbeute von 85 bis 90 Lumen pro Watt erreicht wird.

Ein hartnäckiges Problem bei den Metallhallogenidlamoen. bei denen eines der Metalle ein Alkalimetall — im allgemeinen Natrium oder Lithium — ist, ist der Verlust von Alkalimetall ans dem Entladungsrohr während des Betriebs. Ein derartiger Verlust erhöbt die elektrische Betriebsspannung, verschlecntert die Farbqualität durch Verschiebung nach Blau und vermindert die Leistungsfähigkeit so weit, daß die Lampe ausfällt Die »Fotoelektrolyse« ist als ein Mechanismus dieses Verlustes bekannt, wobei Alkalimetallionen durch das Quarz diffundieren. Die Foto-

*o elektrolyse kann auf verschiedenen Wegen unterdrückt werden, die alle das Ziel haben, die Zahl der kurzwelligen Fotoelektronen zu verringern, welche die Außenfläche des QuarzeEitladungsrohrs 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 irgendein an-

derer weiterer Mechanismus wirksam ist, die wie die Fotoelektrolyse die Diffusion des Natriums oder anderer Alkalimetalle durch das Quarz beinhaltet. Solch ein Mechanismus, der zu einer niedrigen, aber bedeutsamen Geschwindigkeit des Entweichens von

Natrium führt, konnte neben der Fotoelektrolyse, die einen hohen Natriumverlust verursacht, nicht beobachtet werden. Mi? der Ausschaltung der Fotoelektrolyse wurden die Wirkungen der zusätzlichen Natriumverluste verdeutlicht, die mit geringer Geschwindigkeit auftreten.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 967 302 ist eine Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe bekanntgeworden, weiche unter anderem auch Alkalimetalle enthalten kann. In dem äußeren Kolben dieser Lampe ist ein Getter vorgesehen, um das Vakuum in diesem äußeren Kolben aufrechtzuerhalten. Die Vermeidung einer Verarmung an Alkalimetall in dem inneren Gasentladungsrohr durch einen Getter wird durch die Gebrauchsmusterschrift nicht angegeben.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1060 991 sind Leuchtstofflampen bekanntgeworden, bei denen als einziges Gettermaterial Titan angegeben wird. Der Getter wird lediglich verwendet, um eine Schwärzung der Leuchtstoffschicht dadurch zu verhindern, daß Sauerstoff, Stickstoff oder Kohlenstoff durch den Getter gebunden werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Hochdruckentladungslampe mit Alkalimetallhalogenid-Zusätzen mit einem Getter, bei welcher das Alkalimetall in dem Betrieb der Lampe in dem Entladungsrohr verbleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochdruckentladungslampe mit Alkalimetallhalogenid-Zusätzen mit einem inneren Entladungsrohr gelöst, das aus Quarzglas oder quarzähnlichem Material besteht und einem Außenkolben aus glasartigem Material sowie einm zwischen dem Außenkolben und dem inneren Entladungsrohr angeordneten Getter und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Getter Zir-

kon oder eine Zirkonlegierung ist und eine ausreichende Wasserstoffkapazität zur Aufrechterhaltung eines Wasserstoffdrucks von höchstens 10~⁷ Atmosphären beim Betrieb der Lampen besitzt, wobei das Getter in einer Menge vorhanden ist, bei der das Gettermaterial während der Lebensdauer der Lampe in der Alphaphase verbleibt, ohne den Punkt der Delta-Phasenbildung zu erreichen.

Dabei wird nach Verhinderung der Fotoelektro-

Jyse als Ursache folgender zweistufiger Reaküonsjnechanisraus für den weiteren Verlust von Alkalimetall aus der Entladungsröhre angenommen. Der erste Reaktionsschritt wird dargestellt durch folgende Gleichung

Hl

(I)

Hierin stellt M das Alkalimetall dar. Das Wasser (HjO) und das Alkalimetallhydroxid (MOH) befinden sich in dem Außenkolben außerhalb des eigent-

Wie in Fig. I dargestellt ist, besteht eine typische Quecksilbermetallhalogeniddaropf-Lanipe 1 als Ausführungsform der Erfindimg aus einem gläsernen Außenkolben 2 von ellipsoidaler Form mit einem 5 Hals 3. Der Hals 3 ist verschlossen durch einen eingestülpten Fuß oder Stamm 4, durch den sich steife Zuleitungsdrähte 5, 6 erstrecken, die an ihrem äußeren Ende mit den Kontakten des Schraubgewindes 8 und an ihrem inneren Ende mit dem inneren Entla-

9 ist aus einem Quarzglas hergestellt und ist an entgegengesetzten Enden

; das Alkalimetall und mit eingeschmolzenen Hauptelektroden für die Ent- _r die Quarzwand in ent- ladung 11, 12 und einer Hilfszündelektrode 13 ver-

_ _ - *. _♦ τ " u ,u"^{11 von M+}' ^{und H+}~ ¹S ^sehen. Die Elektroden werden von Zuleitungsdrähten

Ionen transportiert. Innerhalb des Entladungsrohrs gehalten, die einschließlich dünner Zwischenstücke ist die Stabilität von HI gering (die Gleichgewichts- aus Molybdänfolie abgedichtet zwischen den abgekonstante hegt bei ungefähr 5), so daß es deutlich flachten oder gequetschten Enden des Entladungsin I, und H, dissoziiert. Letzteres diffundiert als mo- rohrs eingeschmolzen sind. Die Hauptelektroden 11 lekularer Wasserstoff durch die Quarzwand, wodurch ₂₀ und 12 bestehen beide aus einer doppelten Schicht H, in den Außenraum zurückkehrt und einen Was- von Wolframdrahtwindungen, die um einen Wolfrainlerstoffdruck innerhalb des Außenkolbens aufbaut. "

Wenn das Hg/H^O-Verhältnis innerhalb des Außenkolbens einen genügend hohen Wert en eicht, wird das Alkalimetall M gemäß der folgenden Reaktion 25 laufend aus dem Entladungsrohr abnehmen:

MI + ¹Z₂H₂-M--Hl (2)

wobei nunmehr H., und M in dem Außenraum und

drahtkern gewickelt sind, und id mit Thoriumoxid aktiviert, welches die Windungen bedeckt und die Zwischenräume zwischen den Windungen füllt.

Das Entladungsrohr 9 wird innerhalb aes Außenkolbens durch einen geteilten oder zweiteiligen Halter IS am unteren Ende und 16 am oberen Ende gehalten. Jeder Teil besteht aus einem Paar lang-

- . gestreckter Haltestäbe, die mit einem Metallbügel 17

MI und HI wie zuvor im Innern des Entladungsrohrs 30 überbrückt sind, die sich um die zusammengedrücksind. In jedem Falle wird die Gesamtreaktions- ten Enden des Entladungsrohrs spannen. Der Begeschwindigkeit von niedrigen aber endlichen Diffu- festigungsteil am Sockelende ist am Einlaßdraht 6 sionsgeschwmdigkeit der Protonen H⁺ durch die angeschweißt und dient als Elektrizitätsleiter zur Quarzwand bestimmt. Hauptelektrode 11. Der obere Befestigungsteil ist mit

Die Reaktion (1) verbraucht H₂O und kann daher 35 einem Federteller 18 verbunden, der'in den hincinnur so lange ablaufen, als Wasserdampf vorhanden ragenden Stutzen 19 des oberen Endes des Außenist. Die Reaktion (2) kann dagegen unbegrenzt ab- koibens einrastet. Die Hauptelektrode 12 ist mit dem laufen, solange Wasserstoff vorhanden ist, weil H., Zuleitungsdraht 5 durch einen gebogenen Draht 21 nicht verbraucht oder irgendwo festgehalten wird und verbunden. Die Zündelektrode 13 ist mit dem Zuleifalls Wasseidampf die ursprüngliche Quelle des Was- 40 tungsdraht 5 durch einen Strombegrenzungswiderserstoffs in dem Außenraum ist, kann nur die Hälfte ütand 22 verbunden. Ein thermischer Schalter 23, der des ursprünglichen Wasserstoffs gemäß Reaktion (1) aus einem Bimetall besteht, wird verwendet, um die verbraucht werden. Hieraus ergibt sich ein Mecha- Zündelektrode 13 mit der Hauptelektrode 11 kurznismus, durch welchen das Alkalimetall, Natrium zuschließen, sobald sich die Lampe erwärmt, gemäß oder Lithium vollständig aus dem Entladungsrohr 45 der technischen Lehre des US-Patents 3 226 597.
entweichen, kann. In Übereinstimmung mit der Er- In einer Hochdruckentladungslampe, die kommer-

findung läßt sich solcher Verlust des Alkalimetalls vermeiden, indem man in den Zwischenrai-m zwischen dem Außenkolben und dem Entladungsrohr

einen Getter vorsieht, der in der Lage ist, den Was- 50 während des Betriebs verdampft wird und dabei einen serstoffdruck in diesem Zwischenraum bei höchstens Partialdruck von 1 bis 15 Atmosphären ausübt sowie 10~⁷ Atmosphären zu 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 Wasserstoff- 55 und Indiumjodid. In der beschriebenen 400-Wattgehalt während des Betriebs unter einem Maximum Lampe und in kleineren Lampen ist der Außenkolben von ungefähr 1000 Teilen pro Million (in Atomen) evakuiert. In größeren Lampen, wie in 1000-Wattbleibt. Lampen, ist der Außenkolben mit einem inaktiven

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Hochdruck- Gas gefüllt, beispielsweise mit Stickstoff unter einem entladungslampe mit Alkalimetallhalogenid-Zu- 60 Druck von einer halben Atmosphäre,
sätzen; Der Verlust des Alkalimetalls, beispielsweise des

F i g. 2 zeigt schematisch den Querschnitt eines Natriums, aus dem Entladungsrohr einer Hochdruck-Entladungsrohrs aus Quarz und verdeutlicht die unter entladungslampe führt zu unerwünschten Änderun-Transport von Ionen oder Molekülen ablaufenden gen der elektrischen Eigenschaften, z. B. zu eineir Reaktionen; 65 Ansteigen des Spannungsabfalls über dem Lichtbogen

F i g. 3 zeigt die Glüichgewichtskonstante der Re- und zu einer Erhöhung der Zündspannung. Zusätzlich duktion von gasförmiger NaOH und LiOH zu Me- vermindert sich die Lichtausbeute, und die Spektraltalldämnfen. Charakteristiken verschlechtern sich durch Verlusl

ziell von der Anmelderin hergestellt wird, enthält das Entladungsrohr Argon mit einem Druck von ungefähr 25 Torr und eine Menge Quecksilber, die weitgehend

eine Menge Natriumiodid in einem solchen Überschuß, daß bei der Betriebstemperatur nicht alles verdampft wird und kleinere Mengen von Thalüumjodid

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der roten Komponente. Der Natriumverlust kann rohrs, wo es mit gasförmigem NaI unter Bildung eines seine Ursache in einer Elektrolyse von Natrium durch weiteren Natriumion', Na⁺ und HI reagiert. Das Nadie Quarzwand des Entladungsrohrs haben. Nach Iriumion diffundiert durch die Quarzwand hinaus in theoretischen Überlegungen tritt eine Elektrolyse das Volumen des Außenkolbens, und der Vorgang unter i.1em Einfluß von Fotoelektronen auf, die unter 5 wiederholt sich. Die Stabilität von HI ist gering dem Einfluß von UV-Strahlung von Metallteilen aus- (Gleichgewichtskonstante ungefähr 5), so daß es gesandt werden, z. B. von Seitenstäben, welche das merklich in I₂ und H₂ dissoziiert. Letzteres diffun-Entlaciungsrohr halten. Die Fotoelektronen erzeugen diert durch die Quarzwand als molekularer Wasserein negatives Potential an der äußeren Oberfläche des stoff, wodurch H₂ in das Volumer des Außenkolbens Entladungsrohrs, das Natriumionen neutralisiert, die io zurückkehrt. Das gasförmige NaC¹H kondensiert sich durch die Quarzwand diffundieren. Andere Alkali- an den kälteren Teilen des Außenkolbens, wodurch metallatome einschließlich Lithium, Kalium, Rubi- der Sauerstoff und ein Teil des Wasserstoffs aus der dium und Cäsium können nach einem ähnlichen Atmosphäre des Außenkolbens entfernt wird. Der Mechanismus verlorengehen. Rest des Wasserstoffs bleibt in gasförmiger Form vor-

Der Verlust des Natriums durch Fotoelektrolyse 15 handen und läßt den Wasserstoftdruck im gleichen

kann in erträglichen Grenzen gehalten werden, oder Maß ansteigen, wie der Wasserdampf verbraucht

die Fotoelektrolyse kann wirkungsvoll unterdrückt wird.

werden durch verschiedene Verfahren, die darin be- Wenn das Hj/Hp-Verhältnis innerhalb des Außenstehen, daß sie die Zahl der kurzwelligen Fotoelek- kolbens einen genügend hohen Wert erreicht, wird tronen verringern, welche die Außenseite des Quarz- 20 das Natrium weiterhin aus dem Entladungsrohr mit entladungsrohrs treffen. Ein bequemer Weg ist die Be- Hilfe einer Gesamtreaktion nach Gleichung (2) vernutzung seitenstabfreier oder einteiliger Befestigungs- lorengehen.

konstruktionen von der Art, wie sie ursprünglich im In diesem Falle schlägt sich der metallische Na-US-Patent 2 888 585 angegeben wurde. Eine andere triumdampf an den kälteren Teilen des Außenkolbens Methode besteht darin, die Seitenstäbe mit einem iso- 25 nieder, vährend der Wasserstoff lediglich einen Kreislierenden Material zu überziehen. Ungeachtet der lauf durch die Quarzwand zurücklegt. Der Wassereben beschriebenen Maßnahmen zeigen Natrium ent- stoff wird ins Innere des Entladungsrohrs als Prohaltende Lampen unter Betriebsbedingungen weiter- ton H⁺ zurückgeführt, gleicht die Diffusion der Nahin einen Natriumverlust. Dies führte zu dem Schluß, triumionen Na⁺ aus und diffundiert schließlich als daß noch ein weiterer Mechanismus beim Betrieb 30 molekularer Wasserstoff zurück, wodurch der Wasdieser Lampen existieren müsse, der die Diffusion von serstoffdruck im Außenraum aufrechterhalten wird. Natrium oder anderen Alkalimetallen durch die Die Reaktion (2) dürfte weniger direkt als vielmehr Quarzwand bewirkt und der für die niedrige aber aus- in Form einer Reaktiomfolge. bestehend aus Reakgeprägte Geschwindigkeit des Verlustes von Natrium tion (1), gefolgt von einer Reduktion des gasförmigen verantwortlich ist, die vorher nicht beobachtet wurde. 35 NaOH zu gasförmigem Na und Wasser bestehen. Das Die Notwendigkeit, solch einen Mechanismus zu er- metallische Natrium wird dann in dem Außenkolben gründen und den Alkalimetallverlust zu verhüten, kondensieren, während das Wasser mit einem Nawurde größer durch den höheren und gleichmäßigen triumion reagiert, das durch die Quarzwand wandert. Natriumjodiddruck innerhalb des Entladungsrohrs, um ein weiteres gasförmiges NaOH zu bilden und ein der durch asymmetrische Konstruktionen verursacht 40 Proton H* mit demselben Endergebnis. Die Gleichwird, welche den Temperaturunterschied zwischen gewichtskonstante der F i g. 3 zeigt, daß eine direkte heißen und kalten Teilen des Entladungsrohrs ver- Reduktion von gasförmigem NaOH und LiOH bei mindern. In der beschriebenen Lampe, die für einen einem H₂/H₂O-Verhältnis von 1 bis 100 erfolgt, wenn Betrieb mit nach oben liegendem Schraubgewinde ge- die Summe von H₂- und H₂O-Drücken in dei wünscht wird, wird dies durch einen hitzereflektie- 45 Größenordnung von 10~⁶ Atmosphären liegt. Die renden Überzug 24 erreicht, der sich nur am unteren Menge des Wasserdampfes, die normalerweise in Ende des Entladungsrohrs befindet und dadurch, daß dem Außenkolben einer Lampe infolge von Verundie Elektrode 12 am unteren Ende kleiner ist als die reinigungen. OH - im Glas. RestverunreinigungCT Elektrode 11 am oberen Ende. usw., vorhanden ist, führt während des Betriebs zi

Jeder Mechanismus des Natriumverlusts, der pro- 5° einem Wasserdampfdruck in dieser Größenordnung

portional dem Natriumjodiddruck oder einer anderen Während die Reaktion (I) nur ablaufen kann, wenr

Funktion dieses Druckes ist, wird unter diesen Be- Wasserdampf in dem Außenkolben vorhanden ist

dingungen rascher vor sich gehen. kann die Reaktion (2) unbegrenzt ablaufen, weil H

Dabei wird angenommen, daß der Verlust von bei dem Prozeß nicht verbraucht wird, und dies er

Alkalimetall, wie z. B. Natrium, durch zwei Reak- 55 gibt einen Mechanismus, durch welchen das Natriun

tionen gemäß den vorstehend gegebenen Gleichungen vollständig aus dem Entladungsrohr entfernt werdei

(1) und (2) stattfinden kann, wobei beide den Trans- kann.

port von Natriumionen und positiv geladenen Was- Auf der Grundlage der angenommenen Reaktionei

serstoffionen oder Protonen in entgegengesetzten kann der Verlust von Natrium oder anderen Alkali

Richtungen durch die Quarzwand des Entladungs- 60 metallen verhindert oder verringert werden durcl

rohrs einschließen. Die angenommenen Reaktionen Beachtung der folgenden Anforderingen an die At

auf beiden Seilen der Quarzwand sind in F i g. 2 dar- mosphäre innerhalb des Außenkolbens:

gestellt, welche einen Schnitt durch das Entladungs- ......

rohr aus Quarz bei Temperaturen oberhalb 1150⁰K W P^e.^r Wassergehalt sollte auf den medngstmog

darstellt. Auf der Außenseite der Wand reagiert H₂O 6₅ ^{Iichen Stand} gebracht werden, und

mit Na⁺-Ionen unter Bildung von gasförmigem (2) die Möglichkeit einer Reduktion während de

NaOH und einem Proton H⁺. Das Proton diffundiert Betriebs, d. h. einen hohes H₂/H₂O-Verhältni:

durch die Quarzwand zur Innenfläche des Entladungs- sollte vermieden werden.

Das bedeutet, daß entweder H₂O weggefangen werden sollte, so daB sich nachher durch Reaktion (1) kein H₂ bilden kann oder daß das H₂ weggefangen werden sollte, damit die Reaktion (2) nicht ablaufen kann. Normalerweise erlaubt die in dem Außenkolben einer Hochdruckentladungslampe, beispielsweise bei der in f· i g. 1 gezeigten Lampe, vorhandene Wasserdampfmenge nur das Entweichen von etwa lO°/o des Natriums aus dem Entladungsrohr nach der Reaktion (1). Daher ist es die Reaktion (2), die für längere Zeit unterdrückt werden muß, und man erreicht dies durch Verringerung des Restwasserstoffdrucks. Erfindungsgemäß sollte der restliche Wasserstoffdruck in dem Außenkolben auf wenigstens eine Größenordnung unterhalb 10"^β Atmosphären reduziert werden, d. h. um einen Faktor 10 auf 10~⁷ Atmosphären, um eine merkliche Verminderung des Natriumverlustes zu erreichen. Es wurde der maximale Wasserstoffdruck berechnet, der zugelassen werden kann, ohne daß es zu einem übermäßigen Verlust von Natrium aus dem Entladungsrohr durch die Reaktion (2) während einer typischen Lampenlebensdauer kommt. Für eine Lebensdauer von 10 000 Stunden ergeben kinetische Überlegungen einen Maximalwert des Natriumdrucks Pjj_a in dem Außenkolben bei einer mit »5 Vakuum umgebenen Lampe von 10~¹³ Atmosphären. Unter der Annahme, daß P_Nal 6· 10~⁴ Atmosphären beträfet und daß P₁₁₁ ΙΟ"³ Atmosphären betragt, und unter der Annahme einer durchschnittlichen Wandtemperatur des Entladungsrohrs von 1150^K, erhält man eine Gleichgewichtskonstante der Reaktion (2) X₁₁ = 5· ΙΟ"» und einen entsprechenden Wert für P_H2von 10 ~⁹ Atmosphären. Ein Restwasserstoffdruck von ΙΟ"⁹ Atmosphären stellt eine extrem scharfe Forderung auf Beseitigung von Wasserstoffspuren aus der äußeren Atmosphäre dar. Sie bedeutet, daß der maximal erlaubte Restwasserstoff ungefähr lOOOmal kleiner ist als der in der Größe einiger Mikron oder 10"^e Atmosphären liegende Druck, der bisher für Quecksilberdampflampen als ausreichend angesehen wurde. Für eine angestrebte Lebensdauer, die deutlich weniger als 10 000 Stunden beträgt, kann ein Restwasserstoffdruck von größer als 10~⁹ Atmosphären akzeptiert werden, dagegen ist ein Druck von weniger als ΙΟ"⁹ Atmosphären erwünscht, wenn die angestrebte Lebensdauer 10 000 Stunden übersteigt.

Erfindungsgemäß werden Getter innerhalb des Außenkolbens im Zwischenraum vorgesehen. Sie absorbieren vorzugsweise jeden Wasserdampf und auf jeden Fall Wasserstoff in einem solchen Maß, das ein Dampfdruck auf mindestens 10~⁷ Atmosphären, vorzugsweise in die Gegend von 10~⁹ Atmosphären, herabgesetzt wird. Metalle, die für diesen Zweck verwendbar sind und bevorzugt werden, sind Zirkon, Titan und Legierungen von Zirkon und Titan. Zirkon wird vorgezogen, weil seine Fähigkeit, Wasserstoff zu absorbieren, weniger durch oxidische Oberfiächenschichten beeinflußt wird als bei Titan.

Bezugnehmend auf F i g. 1 werden zwei Zirkonringe24 als Getter durch Punktschweißen am Ende der Metall spange 17 angebracht, welche die Enden des Entladungsrohrs umspannt. Die Anordnung der Getterringe in der Nähe der Enden des Entladungsrohrs stellt während des Betriebs der Lampe eine Temperatur im Bereich von 350 bis 450° 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 in F i g. 1 dargestellte Lampe für 400 Watt haben die beiden Getterringe ein Gesamtvolumen von 0,11 cm³, was 7,3· 10~³ Mol Zirkon entspricht. Bei einer Zirkontemperatur von ungefähr 4üO°C während des Betriebs verhält sich der Molenbruch x_H von Wasserstoff, aufgelöst als feste Lösung oder in der Λ-Phase in Zirkon zum Wasserstoffdruck P,,., wie folgt:

Für einen Wasserstoffdruck von 10~⁹ Atmosphären errechnet sich der Wert des Molenbruches χ,, zu I₁I-IO-³ oder 1100 ppm (atomar). Dies entspricht etwa 6°/o der Löslichkeitsgrenze von Wasserstoff in Zirkon und zeigt, daß genügend Zirkongetter anwesend seir. 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 «-Phase bleibt, ohne jemals den Punkt des Zirkonhydrids oder der Bildung der Λ-Phase durch Reaktion mit Wasserstoff zu erreichen, was einen Wasserstoff druck von 10~^e Atmosphären mit sich bringen würde.

Da eine Abnahme der Lichtausbeute 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 Natriumverlusts 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
	100	Stunden
Lumen pro Watt	83.7
	500	84,9
Lumen pro Watt	77.4	Stunden
°;o Lumen pro Watt	92.5
Spannungsanstieg	1.7
	1000
Lumen pro Watt	71.9	82,9
"zn Lumen pro Watt	85.9	97,6
Spannungsanstieg	4.4	0,1
	Stunden
78.4
92,2
1,1

Man bemerkt, daß der Verlust an Leuchtausbeui
nach 1000 Stunden nur 7,8 °/o beträgt, wenn ein Ge
ter vorhanden ist, im Gegensatz zu 14,1 °/o ohne eine
Getter und daß die Spannung um 1,1 %> mit dem Ge
ter steigt, im Gegensatz zu 4,4 % ohne diesen Sto

Seit langem wird ein Stück Zirkon im Zwische
raum mancher Quecksilberdampflampen, die eii
äußere Umhüllung aus hartem Borsilikatglas habe
als Getter für Wasserstoff verwendet. Dadurch s<
eine harte Zündung verhindert werden. Dies folj
aus dem US-Patent 2 749 462 »Hochdruckquec
silberdampflampen mit Zirkongetter«. Um ein hari
Zünden, das durch Wasserstoffdiffusion in das Ei

409 536

ladungsrohr verursacht wird, zu vermeiden, wurde der Wasserstoffdruck innerhalb deo Aaßenkolbens auf ungefähr 10~^e Atmosphären verringert. Dies wurde erreicht durch Benutzung eines relativ kleinen Stückes Zirkonmetall als Getter, in welchem während des Einfangens von WasserstoS 21irkonhydrid oder die (3-Phase gebildet wird. Der restliche Wasserstoffdruck liegt bei etwa 10~⁶ Atmosphären, und das ist mindestens lOmal größer als lü~⁷ Atmosphären, die in Alkalimetallhalogenid enthaltenden Lampen geduldet werden können, um eine deutliche Verminderung des Natriumverlustes aus dem Entladungsrohr zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise in Hochdruck-

10

entladungslampen mit Alkalimetallhalogenid-Zusätzen mit einer Lebensdauer von 10 000 Stunden der Wasserstoffdruck innerhalb des Außenkolbens bei ungefähr 10~⁹ Atmosphären gehalten, um einen Natriumverlust zu vermeiden. Dies erfordert, daß dei Zirkongetter, der bei 350 bis 450° C wirkt, groß genug ist und einen genügend kleinen anfänglicheri Wasserstoffgehalt hat, so daß sein Wasserstoffgehall während des Betriebs nie einen maximalen Wert vor

ίο ungefähr 1000 Teilen einer Million (atomar) überschreitet. Das bedeutet, daß der Getter die ganz« Zeit in der α-Phase verbleibt, ohne jemals die <5-Pha· senbildung wie in früheren Quecksilberdampflamper zu überschreiten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hocbdruckentladungslampe mit Alkaümetallbalogenid-Zusätzea mit einem inneren Entladungsrohr, das aus Quarzglas oder quarzähnlicbera Material besteht und einem Außenkolben aus glasartigem Material sowie einem zwischen dem Außenkolben und dem inneren Entladungsrohr angeordneten Getter, dadurcbgekennzeicbnet, daß das Getter Zirkon oder eine Zirkonlegierung ist und eine ausreichende Wasserstoffkapazität zur Aufrechterhaltung eines Wasserstoffdruckes von höchstens 10~⁷ Atmosphären beim Betrieb der Lampe besitzt, wobei das Getter in einer Menge vorhanden ist, bei der das Gettermaterial während der Lebensdauer der Lampe in der Alphaphase verbleibt, ohne den Punkt der Deltaphasenbildung zu erreichen.

2. Hochdiuckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Getter mit einer ausreichenden Wasserstoffaufnahmekapazität besitzt, um den Wasserstoffdruck: bei ungefähr 10~⁹ Atmosphären zu halten.