DE2605290A1 - Elektrische entladungslampe - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 89 Augsburg 22, den 1o.2.1976

dr. ing. E. LIEBAU ^{RMIceslraße1}°

DIPL. ING. G. LiEBAU

Ihr Zeichen

Thorn Electrical Industries Limited Thorn Rouse, Upper Saint Martin's Lane London VjC2H 9ED / England

Elektrische Entladungslampe

Die Erfindung betrifft elektrische Entladungslampen und insbesondere Hochdruck-Entladungslampen für Beleuchtungszwecke allgemein. Solche Entladungen erfolgen in einer Atmosphäre aus Quecksilberdampf und einem unter geringem Druck stehenden Edelgas zusammen mit dem verdampften Halogenid zumindest eines weiteren Elements. Das Edelgas ist nur erforderlich, um die Zündung der Entladung zu erleichtern.

Hochdruckentladungen in Zinnhalogeniddämpfen haben kontinuierliche Spektren mit wenigen Linien. Diese Entladungen haben gewöhnlich ausgezeichnete Farbwidergabeeigenschaften und in den Fällen von Chlorid und Bromid einen hohen

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. _ _ Bankleitzahl 720 700

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Wirkungsgrad, jedoch befinden sich ihre Farbkoordinaten bzw. Farbwertanteile gewöhnlich in der Richtung grün vom Ort des Schwärζstrahlers. Es wurden Entladungen in gemischten Halogeniden von Zinn verwendet, um eine angenehmere Farbtönung (colour appearance) ohne einen wesentlichen Verlust an Wirkungsgrad zu erhalten. Die Farbtönung wird teilv/eise durch die im Dampf vorhandenen relativen fcengen von Chlor und Jod bestimmt. Chemische Reaktionen während des Betriebs der Lampe können zur Veränderung der Dampfzusammensetzung führen, so daß es schwierig ist, die Farbe konstant zu halten.

Für viele Innenbeleuchtungszwecke ist es wünschenswert, eine andere Farbtönung als diejenige zu erhalten, die mit Zinnhalogenxdentladungen erzielbar ist und insbesondere eine niedrigere zugeordnete Färbtemperatur und Farbartkoordinaten bzw. Farbwert an teile, digihäher dem Ort des schwarzen Strahlers sind.

Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß eine verbesserte Hochdruck-Entladungslampe erzielt werden kann, die mit den Dämpfen eines oder mehrerer Zinnhalogenide und eines oder mehrerer Natriumhalogenide zusammen mit Quecksilber und einem Edelgas arbeiten. In einer solchen Lampe werden hochflüchtige Komplexverbindungen, die sowohl Natrium- als auch Zinn enthalten und das Halogen bzw. die Halogene v/erden gebildet und erzeugen höhere Konzentrationen von Natriumhalogenid und von Natrium im Lichtbogen als durch Verdampfung von Natriumhalogenid allein, erhalten werden können.

Die erfindungsgemäßen Lampen können daher als elektrische Hochdruck-Entladungslampen bezeichnet werden, die einen abgedichteten lichtdurchlässigen Kolben und Lichtbogen-

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elektroden aufweisen und eine Füllung aus Quecksilber, Edelgas und zumindest im Betrieb eine flüchtige komplexe Halogenidverbindung von Zinn und Natrium enthalten. Vorzug sweise wird für die Lampen entweder Chlor und Jod oder Brom und Jod oder Brom allein verwendet. Der Kolben bzw. die Bogenentladungsröhre kann in an sich bekannter Weise in einer äusseren lichtdurchlässigen Ummantelung enthalten sein.

Wenn die komplexe Halogenidverbindung als solche hergestellt und gehandhabt werden kann, kann die Verbindung selbst während der Herstellung der Lampe in den Lampenkolben eingeleitet werden. Gegebenenfalls oder zusätzlich können jedoch die betreffenden Elemente in den Kolben in beliebiger geeigneter Form eingebracht werden. Die Erfindung umfaßt daher jede Entladungslampe, die eine Füllung aus Quecksilber, Edelgas, Halogen, Zinn und Natrium in angemessenen Anteilen zur Bildung eines wesentlichen Anteils eines oder mehrerer flüchtiger Zinn-Natrium-Halogenide enthält. Solche Füllungen sind bei den nachfolgend beschriebenen praktischen Ausführungsformen beispielsweise angegeben.

Bei den erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampen sind einige der Probleme der Farbtönung oder des Farbeindrucks der Zinnhalogenidentladungen vermieden, während der Wirkungsgrad der Lampen aufrechterhalten bleibt und in manchen Fällen verbessert wird. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß die Eigenschaften dieser Entladungen von denjenigen in Zinnhalogeniden oder Natriumhalogeniden abweichen und daß sie wünschenswerte Eigenschaften haben, die sich weder bei Zinnhalogenidentladungen mit oder ohne Quecksilber noch bei Natriumhalogenidentladungen allein zeigen. Zumindest einige dieser Eigenschaften ergeben sich

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aus der Bildung von Komplexverbindungen der Zinnhalogenide und Alkalimetallhalogenide. Eine solche Verbindung ist NaSnCl₃, deren Moleküle sowohl in flüssiger als auch in Dampfphase vorhanden sein können. Andere Komplexverbindungen zwischen Zinnhalogeniden und Zilkalimetallhalogeniden können ebenfalls bestehen. Eine Eigenschaft dieser Komplexverbindungen, die für die Zwecke der Erfindung ausgenutzt wird, ist ihre hohe Flüchtigkeit. Beispielsweise sind je nach den Dampfdruckwerten etwa 14 -3

2 χ 10 cm NaCl-Moleküle im Gleichgewicht mit Natriumchlorid bei 953K (680° C). Im Gleichgewicht befinden sich über flüssigem NaSnCl- bei der gleichen Temperatur etwa 1R — 3

10 cm NaSnCl₃-Moleküle. Wenn NaSnCl₃ bei der Entladung zerfällt, entstehen NaCl-Moleküle. Es stehen daher

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bis zu 10 mal mehr NaCl-Moleküle in der Dampfphase zur Verfügung und der Partialdruck von Natriumatomen und natriumhaltigen Molekülen wird auf diese Weise stark er-

18 —3

höht. Um eine Konzentration von 10 cm NaCl-Molekülen durch Verflüchtigung von NaCl zu erhalten, müßte die Temperatur des flüssigen NaCl im Bereich von 1000 - 1100 C liegen, wodurch die Wahl der Materialien für die Bogenentladungsröhre stark beschränkt wird. Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Lampen, die wahrscheinlich mit der Bildung von Komplexverbindungen zusammenhängt, ist, daß in manchen Fällen das Farbaussehen bzw. die Farbtönung (colour appearance) der Entladung vergleichsweise unempfindlich für das molare Verhältnis von Natriumhalogenid zu Zinnhalogenid ist.

Bevorzugte praktische Ausfuhrungsformen der Erfindung haben eine Entladungsröhre, die aus lichtdurchlässigem Quarzglas oder polykristallinem bzw. Einkristall-Aluminiumoxid hergestellt ist. Die Leistungsbelastung an der Wand liegt im Bereich von 10 - lOOWcm und die Temperatur des kühlsten Punktes in der Lampe überschreitet 500⁰C. Die Ent-

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ladungsröhre wird rait den folgenden Bestandteilen beschickt, die eingeleitet werden können unter Verwendung, einer geeigneten Auswahl von Edelgasen (Ne, Ar, Kr, Xe), Zinnhalogeniden, Quecksilberhalogeniden, Natriumhalogeniden, Zinnmetall, Natriummetall, Quecksilber, komplexe Halogenide von Zinn und Natrium, elementaren Halogenen oder einer anderen geeigneten Quelle der erwähnten Elemente!

1. Edelgase oder ein Gemisch von Edelgasen mit einem Gesamtdruck von 5 bis 100 Torr (bei 20°C);

2. Zinn im Bereich von 5 bis 100 ,umol cm ;

3. Eines oder mehrere der Natriumhalogenide NaCl, NaBr,

NaJf um eine Gesamtmenge Natriumhalogenid im Bereich

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von 1 - 250 ,umol cm zu erhalten;

4. Zusätzliche Halogenatome, die Cl oder Br im Bereich von 5 - 100 ,umol cm enthalten sollen, mit

(a) einem Atomverhältnis von Cl/J im Bereich von 0,5 bis 5, oder

(b) einem Atomverhältnis von Br/J im Bereich von 0,5 bis 5, oder

(c) Brom allein.

5. Quecksilber im Bereich von 10 bisl50 ,umol cm

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Entladungsröhre und

Fig. 2 eine Seitenansicht eines weiteren Beispiels einer

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Form einer Entladungsiampe, die ebenfalls für die Zwecke der Erfindung geeignet ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Lampe ist eine Quarzglasentladungsröhre 11 an jedem Ende durch einen Quetschfuß 12 abgeschlossen, der um eine Stromzuführung 13 hermetisch abdichtet. Diese Stromzuführungen sind mit Wolframelektroden 14 verbunden, die ein Elektronen emittierendes material enthalten können. Die Entladung findet zwischen den Elektroden statt, üie Entladungsröhre hat einen Innendurchmesser von 6 mm, während die Spitzen der Wolframcleictroden einen Abstand von 20 mm voneinander haben. Das Volumen beträgt gewöhnlich 1 cm . In Fig. 2 ist eine ähnliche Entladungsröhre dargestellt, die ein Volumen von 4,3 cm , einen Innendurchmesser von 15 nun in der Mitte und einen Elektrodenabstand von 20 mm hat. Eur Erleichterung der Zündung kann eine Hilfselektrode 16 einverleibt werden. Die Enden sind so geformt, daß die Temperatur des kühlsten Bereiches so hoch wie möglich ist. Bei beiden Beispielen kann die Temperatur der Enden der Entladungsröhre ferner durch eine Beschichtung der Röhrenenden mit Zirkonoxid oder durch andere geeignete Mittel erhöht v/erden.

Bei beiden Beispielen kann die Entladungsröhre in einen herkömmlichen Hartglaskolben eingebaut werden (v/ie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt), vorzugsweise mit einem Trägerrahmen an sich bekannter Art, um eine Natriumwanderung durch die Entladungsröhre zu verhindern.

Die folgenden Beispiele sollen zur Erläuterung der Erfindung dienen.

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Beispiel 1

Eine Entladungsröhre von der in Fig. 1 gezeigten Art wurde mit den folgenden Bestandteilen, ausgedrückt in

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Gewicht je cm , beschickt:

Hg₂Cl₂ 6,2 mg

HgJ₂ 3,1 mg

Hg 18,2 mg

Sn 4,9 mg

NaCl 0,88 mg und ferner mit

Argon 50 Torr bei Raumtemperatur.

Diese Entladungsröhre enthielt daher 41 ,umol cm Sn,

-3
15,1 /Uraol cm NaCl, weitere Ilalogenatome (Cl, J) 39,9 ,umol

—3
cm in einem Atomverhältnis Cl : J von 2 : 1 und Quecksilber 124 ,umol cm

Diese Entladungslampe konnte mit den folgenden Merkmalen betrieben werden: Leistung 260 W, Wirkungsgrad 90 ImW , Temperatur des kondensierten Halogenides 700°C, Farbartkoordinaten χ = 0,385, y = 0,387, zugeordnete Farbtemperatur 3950 K und einen allgemeinen Farbwiedergabeindex nach CIE von 76.

Beispiel 2

Eine Entladungsröhre von. der in Fig. 1 dargestellten Art wurde mit den gleichen Bestandteilen wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme beschickt, daß das Gewicht des Natriumchlorids 2,9 mg cm (50 ,umol cm ) betrug.

Diese Entladungslampe könnte mit den folgenden Werten betrieben werden:

fi 0 9 8 3 K / 0 3 Π Α

Leistung 26OW, Wirkungsgrad 95 ImW , Temperatur des kondensierten Halogenids 700⁰C, Farbartkoordinaten χ 0,385, y = 0,381, zugeordnete Farbtemperatur 3900 K, allgemeiner Farbwiedergabeindex nach CIE von 72.

Diese beiden Beispiele zeigen, daß die Farbartkoordinaten für den Anteil an NaCl sehr empfindlich sind.

Beispiel 3

Eine Entladungsröhre von der in Fig. 2 gezeigten Art wurde mit den folgenden Bestandteilen, ausgedrückt in Gewicht je cm , beschickt:

Hg₀Cl₉ 0,76 mg

HGJ₂ 0,72 mg

Hg 3,03 mg

Sn 0,59 mg

NaCl 0,30 mg und ferner mit

Argon 30 Torr bei Raumtemperatur.

Diese Entladungsröhre enthielt daher 5,0 ,umol cm Sn, 5,1

-3 -3

,umol cm NaCl, 6,4 ,umol cm andere Halogenatome (el, J) in einem Atomverhältnis Cl : J von 1 : 1 und Quecksilber 19,9 ,umol cm" .

Diese Entladungslampe kann mit den folgenden Merkmalen betrieben werden: Leistung 253W, Wirkungsgrad 50 ImW , Temperatur des kondensierten Halogenids 59O°C, Farbartkoordinaten χ = 0,359, y = 0,375, zugeordnete Farbtemperatur 46OO°K, allgemeiner Farbwiedergabeindex nach CIE von 56. Sie kann ferner mit 400W betrieben v/erden bei einem Wirkungsgrad von 69 ImW , Farbartkoordinaten χ = 0,359, y = 0,354, einer zugeordneten Farbtemperatur von 4500 K und einem allgemeinen Farbwiedergabeindex nach CIE von 65.

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Claims (8)

1. Patentansprüche ;

   Elektrische Entladungslampe mit einem abgedichteten lichtdurchlässigen Kolben und Lichtbogenelektroden, gekennzeichnet durch eine Füllung aus Quecksilber, einem Edelgas und mindestens, im Betrieb, einer flüchtigen komplexen Halogenidverbindung von Zinn und Natrium.
2. 2. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halogenid Chlor und Jod oder Brom und Jod oder Brom allein enthält.
3. 3. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenge des Zinn 5-100 ,umol cm beträgt.
4. 4. Lampe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung 1-250 ,umol cm Natriumhalogenid enthält.
5. 5. Lampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung zusätzliches Halogen enthält, das aus Chlor und Brom im Atomverhältnis von Jod von 0,5 zu 5 Cl/J oder Br/J oder beim Fehlen eines anderen Halogens als Brom gewählt ist.

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6. 6. Lampe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Edelgases 5 bis 100 Torr bei 2O°C beträgt und

   die Menge des Quecksilbers im Bereich von IO bis 150

   _3
   .umol cm beträgt.
7. 7. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampenkolben aus Quarzglas ist.
8. 8. Lampe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampenkolben aus polykristallinem oder Einkristall-Aluminiumoxid ist.

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