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METALLHALOGENLAMPE UND VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG Gegenstand der
Erfindung ist eine Metallhalogenlampe und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
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A1s Metallhalogenlampe wird eine Gesanttadungs--Lichtquelle bezeichnet,
in deren aus lichtdurchlässigem und wärmeheständigen Material gefertigten Leuchtkolhen
mindenstens zwei Elektroden eingeführt sind, aobei der Kolhen Quecksilber, ein Edelgas
zur Erleichterung der Zündung, weiterhin ein oder mehrere Zusatzmetalle entha:lt
die
zumindest in kaltem Zustand der Lampe in der Form von Halogenverbindungen vorhanden
sind. Bei Beginn der Lichtbogenentladung verdampfen das Quecksilber uiid daa /die/
Zusatzmetall-Haloid/e/, letztere/s/ dissoziiert /dissoziieren/ im Lichtbogen in
Metall und Halogen, wobei die Metalle /das Metall/ infolge der Erregung grundsätzlich
zu dem durch die-Lichtbogenentladung ausgesandten Spektrum bei tragen /trägt/.
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Auf diese Weiae kann eine Lichtquelle mit im Vergleich zu der einer
auf er Quecksilber kein anderes Metall enthaltenden Quecksilberdampflampe vorteilhafterer
Lichtausbeute und Farbwiedergabe erhalten werden.
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Die Zusatzmetalle können unmittelbar in der Form einer Halogenverbindung
in den Kolben eingeführt werden, jedoch kann dies auch in der Form von elementarem
metall erfolgen, wohei in diesem Falle die entsprechende Halogen menge getrennt,
z. B. in der Form von Quecksilber-Haloid in den Kolben geführt wird. In letzterem
Falle entsteht die Halogenverbindung des Zusatzmetalles im Kolben in einer chemischen
Reaktion "in situ", die durch Einschalten der Lampe oder durch eine auf einem anderen
Wege erfolgenden Erhitzung derselben herbeigeführt werden kann.
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In optischer Hinsicht ist es vorteilhaft, als Zusatzmetall einea
oder mehrere der Metalle der Spalten IIIa oder IVa des periodischen yteins zu wählen,
da ihr hei Erregung ausgestrahltes Spektrum so reich an Linien ist, dass man eine
Lichtquelle mit praktisch kontinuierlicher spektraler Verteilung und waissem Licht,
d. h. einer sehr guten Farbwiedergabe erhält.
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Erfahrungagemaas verfügen aber die mit Metallen der Spalten IIIa
oder IVa des periodischen Systems gefertigten Metallhalogenlampen auch über sehr
unvorteilhafte Eigenschaft@@.
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Ihre Zündspannungen sind wesentlich höher als die Jenigen der als
Zusatzmetall z. B. ein Alk limetall enthaltenden Metallhalogenlampen, und während
d 5 Betriebes kommt ee zu einer starken Einengung ihres Lichthogens. Letztere
Erecheinung
ist mit dem Ergebnis verbunden, dass im Lampenkörper eine starke Konvektions-Gasströmung
zustande kommt, die den Lichtbogen unruhig macht und gegen die Kolbenwand auslenkt.
Demzufolge wird der Werkstoff des Kolbens auf unzulässig hohe Temperaturen erwärmt.
Durch die andauernde atarke Beanspruchung der Kolbenwand werden einerseits im allgemeinen
ihre Lichtdurchlässigkeit, andererseits -annahmbarer Weise infolge der angestiegenen
Gaeahgahe der Wand - auch die Lehenadauer der Lampe in starkem Masse beeinträchtigt.
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Gemäss der Erfindung können diese unvorteilhaften Eigenschaften beseitigt
werden, wenn man daa oder die in die Spalte lila oder IVa des periodischen Systems
gehörende/n/ Metall/el nicht in elementarem Zustand und auch nicht in der Form einer
Halogenverbindung, sondern in der Form einer durch ein Metall der Spalte Ib des
periodischen Systems gebildeten Legierung derselben in die Lampe einführt.
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Die Erfindung wird anhand eines gemäss Fig. 1. beispiels weise aufgehauten
Leuchtkörpers mit einer Speisesspannung von 220 V und einer Nennleistung von 380
W näher beschrieben.
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Bei dieser Ausführung sind in einem aus Quarz gefertigten Kolben 1
Elektroden 2 und 3 angeordnet, die zweckmässig aus Wolfram hergestellt und mit Thorium
oder Thoriumoxyd aktiviert sind. Die Zuleitung des elektrischen Stromea zu den Elektroden
erfolgt über Molybdenfolien 4 und 5, um welche der Kolben an den Stellen 9 und 10
vakuumdicht zugequetscht ißt. An die Molybdänfolien sind von aussen elektrische
Zuleitungen 6 und 7 angeschlossen. Der Kolben ist zwecks Zuführung der Füllung und
Durchfahrung des Auspumpens mit einem Pumprohr 8 versehen. Der Spitzenabstand der
Elektroden beträgt 48 mm, das Fassungsvermögen des Kolbens 16 cm3.
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Die Vorteile der Verwendung der Erfindung werden durch nachstehende
Beispiele demonstriert:
Beispiel 1.
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Fünf Lampen wurden hergestellt, indem in den vorgenannten Kolhen
17 mg Quecksilber, 29 mg Quecksilher/II/-Jodid, 7 mg Metall-Dysprosium und /wie
dies zur Verbesserung der Lichtausheute bei Metallhalogenlampen üblich und bekannt
ist/ 1 mg Tallium/I/-Jodid eingefüllt, hiernach der Kolben in der üblichen Weiae
ausgepumpt und mit Argon auf einen Druck von 33 mbar aufgefüllt und schliesslich
durch Zuschmelzem des Saugrohres abgeschlossen wurden. Die Leuchtkörper sind in
der Uhlichen Weise in einen Glaskolben eingebaut. Hiernach wurde auch dieser ausgepumpt,
und die 80 fertiggestellten Lampen wurden 1 Stunde lang mit Nennstrom betrieben,
um dae Quecksilber/I/-Jodid und das Metall-Dysprosium in die Form von Quecksilber
und Dysprosium/III/-Jodid zu überführen.
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Nach Abkühlung sind die so fertiggestellten Lampen auf Zündspannung
gemessen, wohei Werte zwischen 1400 und 1600 V /effektive Wechselspannung/ erhalten
wurden. Der Lichtbogen der in Betrieh befindlichen Lampen war stark eingeengt und
zur Kolhenwand ausgelenkt. Bei einem Dauerhetrieh dieser Lampen wurden Lehensdauerwerte
zwischen 200 und 1000 Stunden erhalten.
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Beispiel 2.
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Bei fünf Lampen wurde das Dysprosium-Jodid nicht im Leuchtkörper
selhat hergestellt, sondern in bereits fertigem Zustand in den letzteren eingefahrt.
Hierzu wurden 29,8 mg Quecksilber, 23,4 mg Dysprosium/III/-Jodid und 1 mg Tallium/I/--Jodid
eingefüllt. Die Zündspannung der weitersn wie heim Beispiel 1 behandelten Lampen
laO ubcr 1800 V, und ihr Lichtbogen war noch stärker als der der Lampen nach Beispiel
1 eingeengt.
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Diese Lampen wurden Keiner Dauerbetriebsprüfung unterzogen.
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Beispiel 3.
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Fünf Lampen wurden hergestellt, indem 17 mg Quecksilber, 29 mg Quecksilber/II/-Jodid,
1 mO Tallium/I/-Jodid und - unserer Erfindung entsprechend - 20 mg einer derartigen
Legier ng in den @endetkörper eingeführt wurden, die vorher durch das
Zusammenschmelzen
von 35 Gew.% Metall-Dysprosium und 65 Gew.% Metall-Gold hergestellt worden war.
Des weiteren wurden die Lampen wie heim Bespiel 1 beschrieben fertiggestellt. Die
Zündspannung der fertigen Lampen lag zwischen 600 und 700 V und ihr Lichtbogen fUllte
den ganzen Leuchtkörper annähernd vollständig aus, berührte dahei jedoch an keiner
Stelle die Kolbenwand. Die Lebensdauerprufung läuft nach zur Zeit @ die bisherige
Lebensdauer der Lampen liegt jedoch bereits üher 2000 Stunden.
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Ähnliche günstige Ergebnisse können erreicht werden, wenn das Dysprosium
in der Form eine mit einem anderen Metall /Silber oder Kupfer/ der Spalte Ih des
periodischen Systems gbiIdeten Dysprosium-Legierung in den Kolben eingeführt wird.
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Im wesentlichen ähnliche Ergebnisse erhalt man hei Lampen, die neben
oder an Stelle von Dysprosium llolmium, Skandluin und/oder thorium enthalten.
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Die Untersuchung des Spektrums der mit Legierungen hergestellten
Lampen ergab, dass die Spektrum linien des Metalls der Spalte Ib des beriodischen
Systems nicht zum ausgestrahlten Licht beitragen. Lies zeigt dass die vorstehend
beschriebene überraschende Wirkung nicht etwa dadurch zustande kouunt, indem das
betreffende Metall an der Entladung teilnimmt.
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Die Ursache dessen, weshalb die Erführung der in die Spalte IIIa
oder IVa des periodischen Systems gehörenden Metalle in der Form einer nit Metallen
der Spalte Ih gehildeten Legierung von günstiger Wirkung ist Konnte bislang nicht
mit Sicherheit ermittelt werden. Es wird jedoch angenommen, dass hierfür die im
Verlaufe der Herstellung der Legierung eintretende Entgasung von entscheidender
i3edentung ist. Bekanntlich zeigen nämlich die in die Spalten lila und IVa des periodischen
Systems gehörenden Metalle eine starke Neigung zur Bindung von Gasen, und diese
gebundenen Gase können dann nur äußerst schwierig oder
Uberhaupt
nicht ausgetrieben werden. Ehen deshalb können diese Metalle in Handel nicht mit
genügender reinheit, sondern nur mit einem hohen Gaegehalt bezogen werden.
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Die hei der Verwendung dieser ivietalle in Erscheinung tretenden
unvorteilhaften Eigenschaften können durch das Vorhandensein von Wasserstoff erklärt
werden. Der hohe Wert der ZUndspannung kann durch den Umstand erkläart werden, dass
ein TeiL des Wasserstoffes mit dem vorhandenen Halogen im kalten Leuchtkörper in
der Form von Jodwasserstoff vorliegt, wodurch die Halogenkonzentration im Gasraum
ansteigt, wobei die Halogene als elektophile Blemente aus dem Gasraum die freien
Elektronen leicht einfangen. In der in Betrieb befindlichen Lampe hingegen dissoziieren
die Wasserstoffmoleküle, diffundieren danach an die Wand, wo sie sich rekombinieren.
Durch die durch diesen Vorgang entzogene Energie werden die thermischen Verluste
des Lichtbogens in starkem wasser erhöht, und die Linengung kommt etwa wie ihre
Kompenaktion zustande.
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Den bei Einführung der metalle der Spalte IIIa und IVa des periodischen
Systems in Form ihrer Halogenverbindungen erhaltenen ungünstigen Ergebnissen kann
der Umatand zugrunde liege n, dass diese Verbindungen sehr hygroskcposch und schwer
zu enthydratisieren sind. Aus dem mit der Verbindung in die Lampe eingeführten Wasser
hildet eich bei der Reaktion mit den Wolframelektroden Wasserstoff, das im weiteren
die vorstehend beschriebenen Auswirkungen verursacht.