DE2317462A1 - Hochdruckentladungslampe mit metallhalogeniden, vorzugsweise mit halogeniden der seltenen erden - Google Patents

Hochdruckentladungslampe mit metallhalogeniden, vorzugsweise mit halogeniden der seltenen erden

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DE2317462A1
DE2317462A1 DE19732317462 DE2317462A DE2317462A1 DE 2317462 A1 DE2317462 A1 DE 2317462A1 DE 19732317462 DE19732317462 DE 19732317462 DE 2317462 A DE2317462 A DE 2317462A DE 2317462 A1 DE2317462 A1 DE 2317462A1
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DE
Germany
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pressure discharge
discharge lamp
high pressure
lamp according
halogenides
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DE19732317462
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English (en)
Inventor
Alexander Dipl Ing Dobrusskin
Walter Dipl Phys Pilz
Hanns-Peter Dr Popp
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/24Means for obtaining or maintaining the desired pressure within the vessel
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/12Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature
    • H01J61/125Selection of substances for gas fillings; Specified operating pressure or temperature having an halogenide as principal component

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  • Discharge Lamp (AREA)

Description

  • "Hochdruckentladungfilampe mit Metallhalogeniden, vorzugsweise mit Halogeniden der Seltenen Erden" Die Erfindung betrifft Rochdruckentladungslampen, die Halogenide der Seltenen Erden enthalten.
  • 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.
  • 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.
  • Ziel der Erfindung ist es, derartige Lampen mit erhöhtem Kontinuumsanteil zu erhalten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In den Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben.
  • Figur 1 zeigt eine Rochdruckentladungslampe gemäß der Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • Die Versorgungsspannung beträgt mehr als 1D00 V. Die Brennspannung beträgt etwa 350 V, der Strom 1,5 A.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • - Patentansprüche -

Claims (8)

  1. Patentansprüche Hochdruckentladungslampe mit Metallhalogeniden, vorzugsweise mit Halogeniden der Seltenen Erden, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe als Zusatz zur Füllung mindestens 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 haben.
  2. 2. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Gastemperatur in einem Abstand von der Längsachse des Entladungsgefäßes von 0,2 bis 0,8 des Innenradius des Entladungsgefäßes sich weniger stark ändert als in Achsen- und Gefäßwandnähe.
  3. 3. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gastemperatur in einem Abstand-von der Längsachse des Entladungsgefäßes von 0,2 bis 0,8 des Innenradius des Entladungsgefäßes zwischen 5000 und 2000 K liegt, vorzugsweise zwischen 4000 und 2500 K.
  4. 4. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 31 dadurch gekennzeichnet, daß das dissoziierende Element Wasserstoff ist.
  5. 5. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dissoziierende Element Deuterium ist.
  6. 6. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe Wasserstoff bzw. Deuterium von 2 bis 760 Torr Fülldruck, vorzugsweise 5 bis 100 Torr, enthält.
  7. 7. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe Quecksilber als Puffergas enthält.
  8. 8. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe Xenon als Puffergas enthält.
    L e e r s e i t e
DE19732317462 1973-04-06 1973-04-06 Hochdruckentladungslampe mit metallhalogeniden, vorzugsweise mit halogeniden der seltenen erden Withdrawn DE2317462A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006034833A1 (de) * 2006-07-27 2008-01-31 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Hochdruckentladungslampe

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006034833A1 (de) * 2006-07-27 2008-01-31 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH Hochdruckentladungslampe

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