DE2525408A1 - Entladungslampe und verfahren fuer den betrieb derselben - Google Patents

Description

Entladungslampe und Verfahren für den Betrieb derselben

Die Erfindung betrifft Entladungslampen, die ein inertes Gas, wie Xenon, als das primäre Füllgas zusammen mit einem Metallhalogenid enthalten, um die Art der Entladung zu modifizieren.

In einem Aufsatz in "Applied Optics" Vol. 10, No. 11, vom November 1971, Seiten 2 517 - 2 520 hat CF. Gallo die Herstellung von "Continuous emission spectra from long linear xenon discharge lamps with metallic halide additives" beschrieben. Gallo verwendete Thalliumjodid oder Zinnjodid als Zusatz, der im Oberschuß als feste Masse vorhanden war,

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die das Volumen hinter den Elektroden füllte. Der kaltgefüllte Xenondruck betrug zwischen 25 Torr und rv2 atm und der optimale Wert wurde mit etwa 80 Torr ermittelt. Die Lampen hatten einen negativen differentiellen spezifischen Widerstand, d.h. die Lichtbogenspannung fiel mit zunehmendem Strom ab, so daß der durch Gallo verwendete Strom auf Werte unter 140 mA bei etwa 4,5 kV beschränkt war. Die von Gallo beschriebenen Lampen hatten Quarzglaskolben mit einem Innendurchmesser von 3,5 mm, so daß die Stromdichte unter

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14,5 mA/mm betrug. Die Lampen wurden in einem Leistungsbereich zwischen wenigen Watt je linearem cm und etwa 30 Watt je linearem cm betrieben.

Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß, wenn Entladungslampen von der durch Gallo beschriebenen Art mit hö-

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heren Stromdichten über 16 mA/mm und allgemein im Bereich

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von 20 mA/mm bis 140 mA/mm oder höher betrieben wurden, man einen positiven differentiellen spezifischen Widerstand bei mit dem Strom zunehmender Lichtbogenspannung erhält, wodurch ermöglicht wird, das normalerweise verwendete stabilisierende Vorschaltgerät in seiner Größe stark zu verringern oder ganz auszuschalten, da die Lampe selbststabilisierend wird. Für einen optimalen Betrieb in diesem Bereich wurde festgestellt, daß kaltgefüllte Xenondrücke von 300 - 500 Torr und vorzugsweise von 400 - 500 Torr wünschenswert sind im Gegensatz zu dem bevorzugten Druck von etwa 80 Torr in den Lampen nach Gallo. Es ist dann möglich, Lichtausbeuten über 50 Lumen/Watt zu erzielen und unter günstigen Bedingungen 80 Lumen/Watt und sogar bis 125 Lumen/Watt.

Als Alternativen zu Thalliumjodid wurden von der Anmelderin ferner Natriurajodid und Galliumjodid in jedem Falle im Oberschuß verwendet. Bei Bogenentladungslampen mit einem Durchmesser von etwa 8 mm, d.h. etwas größer als die Durchmesser der Lampen nach Gallo und einem Xenon-Kaltfülldruck von etwa

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4 50 Torr in jedem Falle fand der Obergang von einem negativen zu einem positiven differentiellen spezifischen Widerstand bei etwa 1,3 A für Gallium, 2,5 A für Thallium und 4,5 A für Natrium statt, was Stromdichten von etwa 25,50 und 90 ma/mm entspricht. Die positive Flanke ist am steilsten für Gallium und am wenigsten steil für Natrium. In allen Fällen steigt die Lichtausbeute mit zunehmendem Strom auf der positiven Seite der Kurve an. Die. Lichtbogenspannung für Gallium liegt über 340 Volt und diejenige für Thallium über 145 Volt, während sie für Natrium über 108 Volt liegt.

Im Falle von Lampen, die einen Überschuß an Natriumjodid bei einer Quarzglasröhre mit einem Bohrungsdurchmesser von 6 - 10 mm enthalten, wurde festgestellt, daß der optimale Xenondruck im Bereich von 400 - 500 Torr liegt und vorzugsweise etwa 4 50 Torr beträgt. Bei einer Leistungsaufnahme von 40 W je linearer cm wurde eine Lichtausbeute von 125 Lumen/Watt erzielt, während bei einer niedrigeren Belastung von 25 W je linearer cm die Ausbeute 80 Lumen/Watt betrug. Die Farbe des Lichtes ist diejenige von Niederdrucknatrium bei einer Farbart von χ = 0,65, y = 0,410. Zur Lichtbogenzündung in dem Xenonfüllgas muß eine Zündspannung von etwa 20 kV verwendet werden. Es ist möglich, eine solche Lampe mit dem positiven Teil ihrer Widerstandskennlinie bei einem Lampenvorschaltwiderstand zu betreiben, das eine Differenz von nur 1 Volt zwischen der Lampenspannung und dar Speisespannung trägt.

Bei einem besonderen Beispiel war die Lichtbogenröhre aus Quarzglas, hatte eine Bohrung von 8 mm und ergab eine Lichtbogenlänge von 19 cm. Die Röhre enthielt 40 mg Natriumjodid und war mit Xenon von 450 Torr gefüllt. Oberhalb eines Stromes von 5 Ampere nimmt die Lichtbogenspannung mit dem Strom von einem Mindestwert von etwa 108 Volt zu und bei Verwendung einer kleinen Impedanz in Reihenschaltung mit der Lampe führt ein

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8 %iger Anstieg in der Spannung zu einem 22 %igen Anstieg in der Wattleistung. Um die Lampenwattzahl innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten, kann es wünschenswert sein, eine kleine Ballastdrossel zu verwenden, jedoch braucht diese nicht mehr als ein Viertel des Gewichts und der Größe der normalen Drossel zu haben, die mit einer quecksilbergefüllten Entladungslampe verwendet wird.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt Strom-Spannungs-Kennlinien für zwei Lampen, von denen jede eine Lichtbogenlänge von 75 mm und eine Bohrung von 4 mm hat. Die eine Lampe enthielt einen Oberschuß an Indiumjodid, während die andere einen Überschuß an Natriumjodid enthielt. Bei Strömen von etwas über 1 Ampere (äquivalent zu 80 m/
kennlinie erhalten.

(äquivalent zu 80 mA/mm ) wird eine positive Widerstands-

Es wurde festgestellt, daß diese Lampen zufriedenstellend arbeiten, wenn der Xenondruck auf 200 Torr herabgesetzt wurde. 1 mg eines Metalljodids oder je von dem Metall und dem Jod war für diese Lampen ausreichend,

Fig. 2 der Zeichnungen zeigt eine Entladungslampe, auf welche die Erfindung angewendet werden kann. Sie besitzt einen Quarzglaskolben 10 und zwei Elektroden 12, die einen Schft entweder aus reinem Wolfram oder aus einem thorierten Wolframmetall haben können.

Die Halogenide jedes der folgenden Elemente können zur Erhöhung der Steilheit der Widerstandskennlinie in einer Inertgas-Entladungslampe verwendet werden, nämlich Natrium, Lithium, Cadmium, Zink, Magnesium, Indium, Thallium, Gallium, Zinn und Blei. Es ist möglich, das Xenon in den beschriebenen Lampen ganz oder teilweise durch Krypton zu ersetzen.

Patentansprüche:

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Claims (4)

Patentansprüche :

1. Verfahren für den Betrieb einer Entladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inertgas als das primäre Füllgas zusammen mit einem Metallhalogenid verwendet wird, um die Entladung zu modifizieren, wobei die Stromdich-

te durch die Lampe höher als 16 mA/mm ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

ο die Stromdichte höher als 20 mA/mm ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltfüll-Inertgasdruck im Bereich von 300 - 500 Torr liegt. :.--....

4.J Entladungslampe, das ein inertes Gas als das primäre Füllgas zusammen mit einem Metallhalogenid zur Modifizierung der Entladung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß Kaltfüll-Inertgasdruck im Bereich von 300 - 500 Torr

2 liegt, so,daß die Lampe mit Stromdichten über 16 mA/mm in einem Bereich positiven differentiellen spezifischen Widerstandes betrieben werden kann.

5, Lichtquelle aus einer Stromquelle und einer Entladungslampe , welch, letztere ein inertes Gas als das primäre

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Füllgas zusammen mit, einem Metallhalogenid enthält, um die Entladung zu modifizieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle einen elektrischen Strom liefern

2 kann, mit dem eine Stromdichte über 16 mA/mm in der Lampe erhalten werden kann.

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