DE2303066A1 - Metallhalogenid-bogenentladungslampe - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR. CLAUS REINLÄNDER «_{0 lftn} 4073 L-ING KLAUS BERNHARDT ^{LL ϋοΠ>} ' DIPL-ING. KLAUS BERNHARDT

D - β MÖNCHEN 60 THEODOR-STORM-STBASSE 18 a

S6 P139 D

GTE SYLVANIA INCORPORATED Wilmington, Delaware, USA

Metallhalogenid-Bogenentladungslampe Priorität» 27, Januar 1972 USA Serial No_e 221 222 Zusammenfassung

Es wird eine Metallhalogenid-Bogenentladungslampe beschrieben» deren BogenrohrfUllung Quecksilber« Halogen« Natrium, und ein lichtemittierendes Metall enthält, und der kontrollierte Mengen von Zäsium« Kalium oder Rubidium hinzugefügt sind,

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft Metallhalogenid-Bogenentladungelampen, Solche Lampen bestehen aus einem Bogenrohr, das gewöhnlich aus geschmolzenem Quarz oder anderem Glas mit hohem Siliziumgehalt besteht₅ in dem Elektroden angeordnet sind und das eine Füllung enthalt_s die Quecksilber und ein Metallhalogenid aufweist ;

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Metallhalogenid-Bogenentladungslampen der hier Interessierenden Art sind in folgenden US-Patentschriften beschrieben! 3 232» i}2ii 3 250 940| 3 262 012§ 3 279 877| 3 313 B7k% .3 32^ 332-1 3 331 982j 3 33** 261; 3 350 598; 3 351 798| 3 311 »fS8| 3 379 916$ 3 38H 77δ| 3 385 6H5; 3 405 3O3j 3 HO 7 3271 3 t*2H 9351 3 U52 238% 3 51«* 659; 3 521 1101 3 §69 7661 3 575 630 und 3 63** 721,

Solch© Lampen enthalten gewöhnlich eise Füllung aus Quecksilber, M<£tallhalogeisid und einer kleinen Meng® ionisierbares Gas_c Wie in dem Patentschriften beschrieben ist _t haben Metallhalogenide lampen einen höheren Wirkungsgrad und geben ein weißeres Licht als Quecksilberdampflampen, Xn diesen Patentschriften sind Metallhalogenide die den Eogenrohren von Metallhalogenid-

hinzugefügt werden können^ folgende beschrieben ι Lithium_Ä Natrium» Kalium_t Rubidium_g ZSsiura, Beryllium _t Magnesium» Kalzium, Strontium» Barium> Skandiums Yttrium« Lanthan_a Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium _t Niob^ Tantal _£ Chrom _v Molybdän« Rhenium» Eisen_s Ruthenium» Kobalt_{ Rhodium? Iridium» Nickel, Palladium« Zink» Cadmium_s Gallium _t Indium_f Thallium,,Germanium. Zinn» Blei, Antimon» Wismuth_f Selen, Tellur i Zer» Praseodym _t Neodym _t Samarium _s Europium -_t Gadolinium» Terbium, Dysprosium, Holmium_s Erbium^ Ytterbium,. Lutetium^ Thorium.; Uran«

In allgemein kommerziell verwendeten Hetallhalogenidlampen ist normalerweise ein Alkalihalogenide Quecksilber und eines öder mehrerer dieser Metallhalogenide normalerweise hinzugefügt_c Ein Alkalihalogenid wird hinzugefügt_s um eine geeignete Bogen» kontrolle zxx erreichen} und als Alkali wird Natrium bevorzugt; weil es einen höheren Wirkungsgrad ergibt und farblich besser befriedigendes Licht als Kalium, Rubidium oder Zäsium.

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In der US-Patentschrift 3 23*1- «*2i wird die Verwendung der Halogenide von drei Alkalimetallen beschrieben, nämlich Lithium, Natrium und Zäsium_c Für maximalen Wirkungsgrad wird als Menge dieser Metalle die empfohlen, die einen Partialdruek im normalen Larapenbetrieb von 1 bis 200 mm Quecksilber ergibt„

Zn der US-Patentschrift 3 262 012 wird die Verwendung von Natrium oder Zäsium in einer Menge von 0,53 χ 10 bis 6,8 x 10 Sramm-Ätoms pro Zentimeter Bogenlänge beschrieben j und zwar für den Zweck_? stabile ßogenbedingungen in Metallhalcgenidlampen zu erreichen_s

In der US-Patentschrift 3 331 982 wird die Hinzufügung von 5.25 χ 10 bis 6»8 χ 10 Gramm-Atomen Natrium, Lithium_? Kalium, Rubidium und/oder Zäsium pro Zentimeter Bogenlänge beschrieben, und swar für Zwecke der Farbkorrektur_f Bogenstabilisierung und Herabsetzung des Spannungsabfalls,

In der US-Patentschrift 3 Si** 659 wird die Verwendung von Zäsiumjodid zum Zwecke der Herabsetzung der WiederZündspannung beschrieben; In dieser Patentschrift wird hervorgehoben, daß Zäsiumjodid die Wiederzündspannung im stärkeren und gleichförmigeren Maße herabsetzt., als Kalium-, Lithiumöder Natrium-Jodid,

In der US-Patentschrift 3 521 110 werden Alkalimetallhalogenide als lichtemittierende Metallbestandteile von Metallhalogenidlampen beschrieben, die hohem Wirkungsgrad und farblioh befriedigendes Lioht ergeben_t es wird allerdings auch beschrieben, daß die Halogenide von Natrium₄ Kalium und Rubidium eine WandSchwärzung ergeben könneο

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Dem Bestand der Technik ist kein Hinweis darauf zu entnehmen» daß spezielle Kombinationen von Alkalimetallen ©in© längere Lebengdauer von Metallhalogenidlampen ergeben können_D

Erfindung

Haeh da» Stand der Technik wird Natriumhalogenid gegenüber

Alkalimetallhalogeniden als Beetandteil der Bogenrohreiner Metallhalogenidlampe bevorzugt» Veil... eich min besserer Wirkungsgrad und eine bessere Farbwiedergabe Es wurde jedoch festgestellt, daß die Hinzufügung Zäsium- _t Kalium» und/oder Rubidium-Halogenid zu einer iasihalog-enid enthaltenen Lamps die Lebensdauer der Lampe normalen Betriebsbedingungen erhöblieh vergrößert, hinaus muß die Menge von Zäsium-Kalium- und/oder lufeidim-Halogenid zwischen 2 und 20 Mol-Prozent der Natrium-Ikäiogsnidmenge liegen _p um eine längere Lebensdauer zu erhalten j ohne daß der Wirkungsgrad der Lampe merklich verschlechtert wird oder die Farbwiedergabe des emittierten Lichtes,

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werdenι In der eine Metallhalogenidlampe mit einer Füllung aus Materialien gemäß der Erfindung dargestellt ist.

Die in der Zeichnung dargestellte Metallhalogenidlampe nach der Erfindung weist einen allgemein rohrförmigen_s gewölbten Außenkolben I mit einem birnenförmigen Mittelteil und einem üblichen Sockel 11 an dessen Boden auf₃ Von dem Sockel erstreckt sich einwärts in das Innere des Außenkolbens 1 eine Halterung 15 mit zwei steifen Zuleitungsdrähten 12 und 16. die elektrisch leitend rait dem Sockel 14 verbunden sind« Auf einem der steifen Zuleitungsdrähte 12 ist eine unterei U-förmig« Stütze 8 angeordnet,

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die daran angeschweißt iet₀ Die U-förmig« Stütze 8 besteht aus zwei vertikalen Drähten 23 und 2*t, die von einem horizontalen Gruuddraht 2 S hervorstehen_e Die oberen Enden der unteren U-fötmigen Stütze 8 sind mit einem unteren Bügel 7 zusammengeschweißt» der seinerseits ein Bogenrohr 2 abstützt„ Vorzugsweise weist der untere Bügel zwei Abschnitte auf, die gegen jede Seite des Bogenrohrs 2 stoßen, so daß sie dieses fest an Ort und Stelle halten, Sie berühren hur den Quetechfuß des Bogenrohrs und nicht dessen Körper« Im allgemeinen können beide Seiten des unteren Bügels 7 identisch konstruiert sein.. Zwei Puffer 26 sind an die untere U-förmige Stütze 8 angeschweißt und stoßen gegen den rohrförmigen Teil der "Wand des äußeren gewölbten Kolbens 1» so daß die Struktur in der Lampe stabilisiert wird₀ Vorzugsweise bestehen diese Puffer aus nachgiebigem Material, so daß sie Stöße absorbieren;_s wenn die Lampe erschüttert wirda

Da die untere U-fönsige Stütze 8 elektrisch mit dem steifen Zuleitungsdraht 12 verbunden ist _s- bildet die Stütze 8 einen Teil des elektrischen Kreises« Strom fließt vom Sockel l<t in die untere U-förmige Stütze 8 und von dort zu einem Zuleitungsdraht 21« der seinerseits mit einer Kathode >t im Bogenrohr verbunden ist* Es ist manchmal erwünscht₅ eine isolierende Abschirmung um den Zuleitungsdraht 21 anzuordnen, um Bogenüberschl&ge innerhalb der Lampe und zwischen den verschiedenen Elementen zu verhindern^ Strom fließt von Zuleitungedfaht 21 zur Kathode H durch einen dazwischenliegenden Abschnitt 6 aus Molybdfinfolieo

Die andere Seite der Schaltung wird vom steifen Zuleitungsdraht 16 gebildete der vorzugsweise herausgebogen ist» so daß Teile auf einer Seite der Leitung gegen die auf der anderen Seite isoliert sind; An dem steifen ZuleitUhgsdraht 16 ist ein

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Widerstand 13 befestigt, und zwar über einen diesem zugeordneten' Zuleitungedraht und von dort zu einem Anschluß« stück 271 das wiederum duroh einen Abschnitt 6 aus Molybdär.-foliö zu einer Zündsonde 5 führt.. Ein Bimetall 22 ist zwischen dem Zuleitungsdraht 21, der mit der Kathode *t verbunden ist« und dem Zuleitungsdraht 27 angeordnet^der an der ZÜndsönde 5 befestigt ist_e Das Bimetall 22 wird in die Offenstellung gedrängt ₈ wenn die Lampe abgeschaltet ist _t aber wenn die Lampe startet_f spannt es sich in den Schließzustand gegen die Zuleitungsdrähte zur Sonde 5„ so daß an Sonde 5 und Kathode H das gleiche Potential entsteht<· Ein solcher Schluß verhindert eine Elektrolyse zwischen der Sonde und der Kathode?

An das andere Ende des Bogenrohrs 2 ist ein· obere Stütze 10 innerhalb des rohrförmigen Teils des Kolbens 1 montiert^ Die Stütse 10 weist einen horizontalen Abschnitt 18 mit vertikalen StOtsteilen 17 und 1? auf» die naoh unten abstehen« und an ihren freien Enden an einem oberen Bügel 11 befestigt sind_E der den Quetschfuß des Bogenrohrs 2 umgibt und fest an Ort und Stelle hält« Vorzugsweise ist die Konstruktion und Anordnung des oberen Bügels 11 ähnlich dem unteren Bügel 7, Zwei obere Puffer 9 sind auf die vertikalen Abschnitte 17 und 19 der oberen Stütze 10 montiert und stoßen nachgiebig gegen die Seiten d«s rohrförmigen Teils des Kolbens 1* Diese Anordnung verhindert einen Bruch der Lamp·, wenn das Bogenrohr geschüttelt wird oder

Ein Zuleitungsdraht 28 führt zur Außenseite des Bogenrohrs 2 und ist an inneren End· an «inen Abschnitt 6 aus MolybdSnfolie angeschlossen $ und damit an «in« Kathode 3« Ein elektrischer Anschluß besteht zwischen dem steifen Zuleitungsdraht 16 und den Zuleitungsdraht 2δ durch eine dünne, leitende Leitung 20, 'die aus irgendeinem geeigneten Leitermaterial bestehen kannα

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"/or· zug »weise befindet sich die Leitung 20 im Abstand vosn Bsgenrehr 2,. Im allgemeinen dadurch, daß sie ym dsn Umfang des äußerenj birnenförmigen Kolbens 1 gebogen ist₀

Innerhalb des Bogenrohrs 2 befindet sich das übliche inerte Füllgas, beispielsweise Neon» Argon₄ Xenon u_c dgl,, und eine Füllsubetanz 30, die im Ruhezustand« d.h. in abgeschalteten Zustand der Lampe, im allgemeinen in der Form eines Kügelchens existiert. Der Füller 30 besteht hauptsächlich aus Queck= Silber und weist zusätzlich ein lichtemittierendes Metall in elementarer oder Verbindungeform auf₄ Natriumhalogenid und ein Halogenid von Zäsium_s Kalium oder Rubidium, Quecksilber ist in der üblichen Menge anwesend> d*h_5i daß unter normalen Betriebsbedingungen das Quecksilber vollständig verflüchtigt ist πηά in dsm Bogenrohr 2 einen Druck von etwa 0,5 bis 10 Atmosphären erzeugt Das lichtemittierende Metall kann -Skandium, Indium. Thallium., Gallium., Dysprosium und/oder irgendein anderes lichtemittierendes Metall sein, das Üblicher« weise in Metallhalogenidlampen verwendet wird, und wie es in den oben erwähnten US-Patentschriften beschrieben istc

Natriumhalogenid ist in einer Menge anwesend₉ die den Bogen stabilisiert und/oder farblich ansprechendes Licht ergibt;, wie bereits erwähnt. Eine solche Menge liegt im allgemeinen bei etwa 0*1 bis 3*0 Milligramm pro Kubikzentimeter Bogenrohrvolumen oder etwa 5 χ 10* bis 7 χ 10 Gramm-Atome pro Zentimeter Bogenlänge (J_SF* Waymouth "Eleetrio Discharge Iiainps*, Mass,, _t M₀IcI, Press,, 1971, Selten 231* 266) wobei der größte Teil des Natriumhalogenid während des normalen Lampenbetriebes in einer kondensierten Phase vorliegt.

Ein Halogenid von Zäsium_? Kalium oder Rubidium ist in einer Menge vorhanden., die »wischen 2 und 20 Mol-Prozent der Menge

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des Natriumhalogenids liegt_f Es ergibt eich keine merkliche Erhöhung der Lampenlebensdauer, wenn die Menge kleiner ist als etwa 2 Mol-Prozent _¥ und oberhalb 20 Mol-Prozent wird der Lampenwirkungsgrad auf einen Wert höatbgesetzt$ der kommerziell nicht mehr akzeptierbar ist_c

In der US-Patentschrift 3 U2^ 935 ist das Problem der Wanderung von Natrium durch die Bogenrohrwand beschrieben.-Es wird angenommen» daß die höhere Lampenlebensdauer aufgrund der Erfindung sich dadurch ergibt, daß Zäsium, Kalium und Rubidium mit erheblich kleinerer Geschwindigkeit durch die Bogenrohrwand wandern als Natrium. Beispielsweise nach einigen tausend Betriebestunden» wenn nicht mehr ausreichend Natrlumhalogenid in der Dogenrohrfüllung verbleibt₅ um eine Bogen» restriktion zu verhindern* ist noch genügend Zäsium^ Kalium«= oder Rubidium-Halogenid vorhanden, um diese Bogenrestriktion zu verhindern Eine Bogenrestriktion kann einen vorzeitigen Lampenausfall durch lokale Überhitzung des Bogenrohrs verursachen?

Die Wanderungspaten von Natrium. Zäsium, Kalium und Rubidium in *»00 Watt-Lampen wurden unter Bedingtingen einer beschleunigten Lebensdauerprüfung verglichen, Die Ladung 30 in allen Lampen bestand aus 50 Milligramm Quecksilber,. S-. Milligramm Queeksilberjodid_t 0,5 Milligramm Skandium und •20 Milligramm Natriumiodid bzw.. 18 Milligramm Natriumiodid . plus 2 Milligramm Zäeiumjodid bzw_a 18 Milligramm Natriumiodid plus 2,1 Milligramm Kaliumjodid brw 18 Milligramm Natrium j odid plus 3 Milligramm Rubidiumjodid.- Die Wanderungen raten von Zäsium, Kalium und Rubidium waren vernachläseigbar, während die Wanderungsrate von Natrium beachtlich war,

"In einem weiteren beschleunigten Lebensdauertest von 400 Watt Metallhalogenidlampen enthielt di« Charge 30 50 Milligramm Quecksilber.; 5 Milligramm Quecksilberjodid. 0*5 Milligramm

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Skandium und I₈3 χ ίθ°° Gramm-Atome {gleiah 3 χ ϊΟ" Graram» Atome pro Zentimeter Bogenlänge) Alkalijodid,. In einem Satz Lampen war das Alkalijodid Natriumiodid_? in einem zweiten Satz Lampen bestand es aus 95 Mol~Prozent Natriumiodid und 5 Mol-Prosent Zäsiumjodid, beim dritten und vierten Satz Lampen betrug die Zäsiumjodidkonzentration IS bzw., 25 Hol«Prozent ο Die 25 Mol-Prozent Zäsiumjodid enthaltenden Lampen hatten einen Wirkungsgrad von weniger als 80 Lumen pro Watt, während die Lampen» die O Prozent, 5 Prozent bzw, 15 Prozent Zäsiumjodid enthielten, alle Wirkungsgrade zwischen 85 und 95 Lumen pro Watt hatten* Nach 125 Stunden be« schleunigtem Lebensdauertest fielen die Lampen ohne Zäsiumjodid aus, während alle Lampen mit Zäsiumjodid weiterhin befriedigend arbeitetenλ

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Claims (1)

1. 2303068 40

   S6 Pi39 D

   Patentanspruch

   lcJMetallhalogenid-Bogenentladungslampög bestehend aus einem ^/ Bogenrohr mit geschlossenen Enden und in diesen Enden angeordneten Elektroden und einer Füllung in dem Bögenröhp _;, die Quecksilber^ lichtemittierendes Metall und Natriumhalogenid enthält _t dadurgh gekerntaej-chnet _g daß dia Fülltmg eine Menge von Zäsium-, Kalium- oder Rubidium»Halogenid awisehen 2 und 20 Mol-Proaent des Nstriumhalogenids enthält

   Lampe nach Anspruch l_s dadurch,,gekennzeichnet,;. daB das Natriumhalogenid in der Füllung in einer Menge von etwa 0,,% bis 3_s0 Milligramm pro Kubikzentimeter Bogenrohr^ volumen enthalten ist,

   3., Lampe nach Anspruch 1 oder 2_f dadurch .gekennzeichnet,., daß das Natriumhalogenid in der Füllung in einer Menge von etwa δ χ 10 bis 7 χ 10 Gramm-Atome pro Zentimeter Bogenlänge enthalten iat_c

   ^c Lampe nach Anspruch 1* 2 oder S_f dadurοh gekemxz? i.chngt _t daß das liohtemittierende Metall Skandium₄ Indium_ä Gallium Thallium oder Oyeproeium ist.

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