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"Hochdruckentladungfilampe mit Metallhalogeniden, vorzugsweise mit
Halogeniden der Seltenen Erden" Die Erfindung betrifft Rochdruckentladungslampen,
die Halogenide der Seltenen Erden enthalten.
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Solche Lampen sind bekannt, z.B. aus der DT-PS 1 184 oo8, DT-OS 2
106 447, US-PS 3 452 238, CA-PS 892 184. Lampen mit Metallhalogenidzusatz zur Füllung
haben einen hohen Wirkungsgrad. Doch besteht das Spektrum der üblichen Grundfüllungen,
wie z.B. Quecksilber und Thalliumjodid oder Quecksilber, Natriumjodid und Thalliumjodid,
aus nur wenigen starken Linien. Der Grund für die bevorzugte Verwendung der Seltenen
Erdmetalle in Hochdruckentladungslampen liegt darin begründet, daß diese Metalle
wegen ihrer großen Multiplizität, bedingt durch den besonderen Aufbau ihrer Atomhülle,
eine Vielzahl leicht anregbarer Energieniveaus haben und deshalb ein dichtes Linienspektrum
im sichtbaren Spektralbereich emittieren. Damit läßt sich ein aus nur wenigen starken
Linien bestehendes Spektrum gut auffüllen. Durch geeignete Kombination mehrerer
Seltener Erdmetalle ist es möglich, eine über den gesamten Spektralbereich verteilte
Emission zu erzielen und dadurch Farbe und Farbwiedergabe der Lampen zu verbessern.
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Die linienhafte Emission ist ein Merkmal für atomare Strahlungsvorgänge.
Neben der linienhaften Ausstrahlung wird bei den be kannen Lampen, vor allem bei
hohen Belastungen, auch ein schwacher kontinuierlicher Untergrund beobachtet, der
als schmale Aureole in den äußeren Bogenzonen in Erscheinung tritt, deren Farbe
sich als abhängig von dem jeweiligen in der Entladung angeregten Metall erwies.
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Ziel der Erfindung ist es, derartige Lampen mit erhöhtem Kontinuumsanteil
zu erhalten.
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Die Rochdruckentladungslampe mit Metallhalogeniden, vorzugsweise mit
Halogeniden der Seltenen Erden, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die Lampe als Zusatz zur Füllung mindestens nLE; ein molekülbildendes Element
oder eine Verbindung enthält, die zwischen 5000 und 2000 K in gasförmige Bestandteile
dissoziieren, mit hoher positiver Wärmetönung rekombinieren und in diesem Temperaturbereich
ein Maximum der Wärmeleitfähigkeit haben0 Die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit
mit dem Maximum in diesem Temperaturbereich ist darauf zurückzuführen, daß durch
die Dissoziation den achsen nahen Bogenzonen beträchtliche Wärmemengen entzogen
werden, die bei der Rekombination in den kühleren, randnäheren Zonen wieder frei
werden. Dadurch wird überraschenderweise das Temperaturprofil des Entladungsbogens
gemäß der Erfindung derart verändert, daß die Gastemperatur in einem Abstand von
der Längsachse des Entladungsgefäßes von 0,2 bis o,8 des Innenradius des Entladungsgefäßes
sich weniger stark ändert als in Achsen- und GeSäßwandnäheO Es hat sich als vorteilhaft
erwiesen, wenn die Bogentemperatur in dem Bereich von 0,2 bis 0,8 des Innenradius
des Entladungsgefäßes nur zwischen 5000 und 2000 K liegt. In allgemeinen soll der
Bereich geringerer TsDperaturs änderung zwischen 4000 und 2500 K liegen. Bei den
erfindungsgemäßen Lampen erstreckt sich also das Temperaturgebiet zwischen 2500
und 4000 K, auf den Radius bezogen, über 60% des Entladungsgefäßes. Aus diesem großen
Gebiet wird nun Kontinuumsstrahlung merklicher Intern sität emittiert.
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Ein Zusatz zur Lampenfüllung, der diese Bedingungen erfüllt, ist beispielsweise
Wasserstoff. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff zeigt einen starken Anstieg
ab 2500 K und hat ein Maximum bei 400G X. Bei Temperaturen, die größer als 4000
K sind, dissoziiert das Wasserstoffmolekül überwiegend, während beim Übergang zu
niedrigen Temperaturen, die kleiner als 4000 K sind, die Wasserstoffatome rekombinieren.
In diesem Dissoziations- und Rekombinationsgebiet tritt demnach noch eine Erhöhung
der normalen gaekinetischen Wärmeleitung infolge des Wärme aus gleichs durch den
DissQziations-Rekombinationsmechanismus ein.
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Ein Zusatz von Wasserstoff hat den bekannten Nachteil, daß der Wasserstoff
sehr schnell durch die heißen Quarzwände des Entladungsgefäßes diffundiert, so daß
entweder das Entladungsgefäß aus einem anderen, für Wasserstoff undurchlässigen
Material, z.B.
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Keramik, hergestellt oder das Quarzglas des Gefäßes vorbehandelt werden
muß. Man kann diesen Nachteil auch vermeiden, inden statt Wasserstoff als Zusatz
zur Lampenfüllung Deuterium verwendet wird, dessen Dissoziationsenergie (4,553 eV)
sich nur wenig von der von Wasserstoff (4,476 eV) unterscheidet und das eine ähnliche
Abhängigkeit der Wärneleitfähigkeit von der Temperatur aufweist.
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Wasserstoff bzw. Deuterium wird mit einem Fülldruck von 2 bis 760
Torr, vorzugsweise 5 bis 100 Torr, eingefüllt. Die Lampen können gemäß der Erfindung
Quecksilber oder Xenon als Puffergas enthalten. Bei Verwendung von Deuteriumzusatz
ist jedoch der Leistungsumsatz in der Entladung so hoch, daß ein Buecksilber- bzw.
ein Xenonzusatz als Puffergas nicht erforderlich ist.
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Wenn der Bereich von 5000 bis 2000 K für die Dissoziationetemperatur
und die Lage des Maximums der Wärmeleitfähigkeit nicht eingehalten wird, tritt kein
Bereich mit Kontinuumsstrahlung auf.
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Beispielsweise war bei Verwendung von Stickstoff, dessen Maximum der
Wärmeleitfähigkeit bei etwa 7000 K liegt, keine Lampe gemäß der Erfindung zu verwirklichen.
Ebenso können zur Realisierung der Erfindung keine Gase, die in atomarer Form vorliegen,
wie Edelgase, verwendet werden.
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Bei der Kontinuumsstrahlung der Lampen gemäß der Erfindung handelt
es sich um Molekülstrahlung der Halogenide der Seltenen Erden. Das geht daraus hervor,
daß die Spektren in charakteristischer Weise abhängig sind von dem betreffenden
Halogen. Die Strahlungsmaxima verschieben sich bei Ersetzen von Jod durch Brom bei
allen Seltenen Erdhalogeniden zu kürzeren Wellenlängen hin.
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In den Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben.
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Figur 1 zeigt eine Rochdruckentladungslampe gemäß der Erfindung.
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In Figur 2 ist das Temperaturprofil des Bogens einer Lampe gemäß der
Erfindung schematisch dargestellt. Die Figuren 3a-d zeigen die Spektren von Lampen
mit Metallhalogeniden ohne und mit Deuteriumzusatz. Figur 4 gibt die spektrale Lage
der Maxima der Kontinuumsstrahlung der Seltenen Erdjodide in Abhängigkeit vom Seltenen
Erdmetall wieder.
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In der Figur 1 besteht das Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas. Der Innendurchmesser
des rohrförmigen Kolbens beträgt 20 mm. An jedem Ende des Gefäßes befindet sich
je eine Elektrode 2 und 3 aus schwer schmelzbarem Metall, z.B. aus Wolfram. Die
Kerndrähte der Elektroden 2 und 3 sind mittels Folieneinschmelzungen 4 und 5 mit
den Stromzuführungen 6 bzw. 7 verbunden. Der Elektrodenabstand beträgt 48 mm. Das
Entladungsgefäß 1 ist mit Hilfe der Stromzuführungen 6 und 7, die zugleich als Halterung
dienen, in dem Hüllgefäß 8 befestigt. Die Füllung des Entladungsgefäßes 1 besteht
aus 10 Torr Deuterium und 0,6 mg/cm3 Jodid von Dysprosium. Der Betriebsdruck ist
kleiner als 1 Atmosphäre. Die Füllmengen und die Konstruktionsdaten gelten für eine
Lampe mit einer Leistungsaufnahme von 400 W.
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Die Versorgungsspannung beträgt mehr als 1D00 V. Die Brennspannung
beträgt etwa 350 V, der Strom 1,5 A.
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Aus dem in Figur 2 gezeigten Temperaturprofil ist die Gastemperatur
Tg in Abhängigkeit von der radialen Entfernung von der Bogenachse
zu
ersehen. Es ist zu erkennen, daß sich in der Lampe ein scharfer schmaler Entladungskern
hoher Temperatur befindet. Um den Kern besteht eine breite Ringzone niedrigerer
Temperatur, in der die Kontinuumsstrahlung ihren Ursprung hat. Weiterhin ist zu
erkennen, daß sich die Temperatur in der Ringzone in Richtung zur Entladungsgefäßwand
nur wenig ändert im Vergleich zu dem steilen Abfall in der Kernzone.
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Die Figur 3a zeigt das Spektrum einer Lampe mit Thalliumjodidfüllung;
dabei wird im wesentlichen die Thalliumlinie emittiert. In Figur 3b ist das Spektrum
einer Lampe mit Thalliumjodid und einem Zusatz von Deuterium wiedergegeben. Neben
der grünen Resonanzlinie des Thalliums entsteht ein starkes "weißes" Kontinuum,
welches vom Thalliumjodidmolekül herrührt. Figur 3c zeigt das Spektrum einer Lampe
mit DysprosiumJodid- und Quecksilberfüllung. Es tritt das Viellinienspektrum der
Seltenen Erden auf mit einem geringen kontinuierlichen Untergrund aus der Aureole.
In Figur 3d ist das Spektrum einer Lampe mit Dysprosiumjodid und einem Zusatz von
Deuterium wiedergegeben. Es ißt Zu erkennen, daß der kontinuierliche Untergrund
des in Figur 3c gezeigten Spektrums erheblich zugenommen hat und die linienstrahlung
stark zurückgegangen ist. Das Kontinuum hat seinen Ursprung vom Dysprosiumjodidmolekül.
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Beim Vergleich der Spektren von Lampen ohne und mit Deuteriumzusatz
sieht man den starken Einfluß des Deuteriums auf die Intensität der Molekularstrahlung.
Bedingt durch die Änderung der Temperaturverteilung im Bogenquerschnitt (siehe Figur
2) durch das Deuterium wird im Entladungsgefäß das Volumen, das die Molekularstrahlung
bevorzugt emittiert, in hohem Maße vergrößert.
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In der Figur 4 ist die spektrale Lage der Maxima der Kontinuumsstrahlung
der Seltenen Erdjodide in Abhängigkeit vom Seltenen Erdmetall dargestellt. Die Seltenen
Erdmetalle sind nach steigender Kernladungszahl Z geordnet aufgetragen.
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- Patentansprüche -