DE2617915A1

DE2617915A1 - Lichtbogen-entladungseinrichtung

Info

Publication number: DE2617915A1
Application number: DE19762617915
Authority: DE
Inventors: Chikara Hirayama; Chi-Sheng Liu; Ronald A Madia; Robert J Zollweg
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1975-04-29
Filing date: 1976-04-23
Publication date: 1976-11-11
Also published as: JPS51142882A; FR2309975A1; IN144957B; US3979624A; NL7603292A; GB1537104A; BR7602620A; IT1086422B

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 ■ Schadowplatz 9

Diving. Emst Straimann

t

Düsseldorf, 22. April 1976 45,962
7629

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh/ ?a'.y V.' "St/ Ä.

·L··i^ch·t^b^o^ge^n^-^Ent·ladün·g·s·e^i^n^r^i^c^h^ttlng

Die Erfindung betrifft allgemein Lichtbogen-Entladungseinrichtungen, insbesondere aber sogenannte Metall-Halid-Entladungseinrichtungen, bei denen ein Alkalimetallhalid und Scandiumhalid in vorbestimmten Proportionen und in vorbestimmter Menge zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Einrichtung verwendet werden.

Die US-Patentschrift 3 234 421 offenbart eine sog. Metallhalid-Entladungslampe, bei der ausgewählte Metallhalide, insbesondere die der Gruppe IA, HA, HB und IHA, in der Einrichtung enthalten sind, um die Farbe der Entladung und den Betriebswirkungsgrad der Lampe hinsichtlich der Erzeugung von sichtbarem Licht zu verändern.

Die US-Patentschrift 3 407 327 offenbart eine Hochdruck-Entladungseinrichtung, die Quecksilber, Halogen, Scandium und Alkalimetall enthält. Die Dosierungen oder Füllungen des Natriumiodids und Scandiumiodids in der Lichtbogen-Röhrenumhüllung überlappen sich, wenn man bei der Berechnung von Gramm-Molekular-Gewichten ausgeht, an ihren Extremen, obwohl normalerweise die Gramm-Mole des Natriumhalids die Gramm-Mole des Scandiumhalids, wie sie in dieser Einrichtung verwendet werden, bei

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weitem übertreffen. Bei einer bevorzugten besonderen Ausführungsform, die in Spalte 5, Zeilen 28-32 dieser Patentschrift beschrieben wird, wird Natriumiodid in einer Menge von 19 mg, Thorium in einer Menge von 0,5 mg und Scandiummetall, von dem etwas später in ein Iodid umgesetzt wird, in einer Menge von 0,5 mg in der Lichtbogenröhre benutzt. Das sich ergebende Molekularverhältnis von Natriumiodid zu Scandium übertrifft den Wert von etwa 11,5:1 und überschreitet damit bei weitem die Molekularverhältnisse, die für diese Materialien gewünscht werden, wenn der beste Wirkungsgrad erhalten werden soll, wie noch im fogenden erläutert wird.

Die US-Patentschrift 3 786 297 offenbart noch eine andere Modifikation einer Metallhalid-Entladungseinrichtung, bei der Cerium und Cesiumhalide mit einer hohen Quecksilber-Beladung benutzt werden, um eine sehr wirkungsvolle Entladung mit verhältnismäßig niedrigen minimalen Umhüllungstemperaturen zu erhalten. Bei der vorzugsweisen Ausführungsform, wie sie in dieser Patentschrift offenbart wird, werden Alkalimetalliodide und Iodide von seltenen Erdmetallen in ungefähr gleichen Gramm-Mol-Proportionen verwendet. Es ist auch bekannt, Alkalimetallhalide und seitende Erdmetallhalide, einschließlich Scandiumhaliden und Yttriumhaliden, in gleichen Gramm-Molar-Proportionen zu verwenden.

Viele andere modifizierte Metallhalid-HID-Einrichtungen werden in der Patentliteratur und in anderen Druckschriften offenbart. Diese Einrichtungen zeigen im allgemeinen einen verbesserten Betriebswirkungsgrad verglichen mit der Standard-Hochdruck-Quecksilber-Entladungseinrichtung, wie auch verbesserte Farbe, beides hinsichtlich der Erscheinung der Lichtquelle in direkter Ansicht als auch hinsichtlich der Farbe, die Objekte anneh -en, die von den Einrichtungen beleuchtet werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Lichtbogen-Entladungseinrichtung mit noch verbessertem Betriebswirkungsgrad, wobei nach Möglichkeit auch noch das Licht der Einrichtung

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verbessert sein sollte.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen'des Hauptanspruchs gelöst, indem die Lichtbogen-Entladungseinrichtung aus einer abgeschlossenen länglichen lichtdurchlässigen Lichtbogenrohr-Umhüllung besteht, die ein vorbestimmtes Volumen umschließt. Durch die Umhüllung laufen abdichtend Zuführleitungen, die mit Elektroden elektrisch verbunden sind, die wirksam an den äußeren Enden der Umhüllung angeordnet sind und voneinander einen vorbestimmten Abstand innerhalb der Umhüllung besitzen. In der Umhüllung ist eine die Entladung aufrechterhaltende Füllung vorgesehen, deren wesentliche Bestandteile aus Quecksilber in vorbestimmter Menge bestehen, wie sie erforderlich ist, um in der Umhüllung einen Quecksilber-Dampfdruck von 1 bis 10 Atmosphären zu liefern, wenn man bei der Berechnung davon ausgeht, daß bei einer durchschnittlichen Quecksilber-Dampftemperatur von 2000° Kelvin das Quecksilber voll verdampft und das einzige die Entladung aufrechterhaltende Bestandteil ist. Außerdem ist eine kleine Menge eines inerten ionisierbaren Startgases, zumindest ein Alkalimetallhalid von Natriumiodid, Natriumbromid, Lithiumiodid und Lithiumbromid sowie zumindest ein Scandiumhalid von Scandiumiodid und Scandiumbromid enthalten, wobei das molare Verhältnis des Alkalimetallhalids zu dem Scandiumhalid von 1,7:1 zu 5:1 reicht. Das Alkalimetallhalid plus das Scandiumhalid sind in der Lichtbogen-Röhrenumhüllung in einer Gesamtmenge von zumindest 0,1 mg/mm Abstand zwischen den Elektroden vorhanden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der beiliegenden Darstellung von Ausführungsbeispielen sowie aus der folgenden Beschreibung.

Es zeigt:

Fig. 1 in einer zum Teil geschnittenen Entladungslampe eine innere Quarzumhüllung und eine die Entladung aufrechterhaltende Füllung gemäß der Erfindung;

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Fig. 2 eine modifizierte Ausführungsform der Entladungseinrichtung, wobei nur eine Schnittansicht der Lichtbogen-Röhrenumhüllung dargestellt ist, die bei dieser Ausführungsform aus polykristallinem Alumina (Tonerde) oder einem ähnlichen feuerfesten Umhüllungsmaterial gebildet ist und eine Lichtbogen aufrechterhaltende Füllung gemäß der Erfindung umfaßt; und

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Lumen pro Watt (linke Ordinate) über dem molaren Verhältnis von

Natriumiodid zu Scandiumiodid, wobei auch eine graphische Darstellung der Lichtbogendiffusion (rechte Ordinate) über dem molaren Verhältnis

von Natriumiodid zu Scandiumiodid aufgetragen ist.

Bezüglich insbesondere der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Entladungseinrichtung oder Lampe 10 hinsichtlich ihrer mechanischen Konstruktion im wesentlichen einer üblichen Hochdruck-Quecksilberdampf-Lampe ähnlich und umfaßt eine strahlungsdurchlässige abgedichtete innere Umhüllung oder Lichtbogenröhre 12, die Elektroden 14 aufweist, die wirksam in der Nähe der beiden Enden der Umhüllung angeordnet sind und dazu dienen, zwischen diesen Enden eine Dampfentladung aufrechtzuerhalten. Eine Quecksilberfüllung 16 und eine kleine Füllung mit inertem ionisierbarem Startgas, wie beispielsweise 25 Torr Argon, sind innerhalb der inneren Umhüllung 12 enthalten. Andere Edelgase können anstelle von Argon verwendet werden und der Gasdruck kann verändert werden.

Die Füllung mit Quecksilber 16 besteht aus einer vorbestimmten Menge, wie sie erforderlich ist, um bei voller Verdampfung des Quecksilbers, wenn es als einziger die Entladung aufrechterhaltender Bestandteil voll verdampft ist, einen Betriebs-Quecksilber-Dampfdruck von 1 bis 10 Atmosphären liefert,

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berechnet auf Grundlage einer Durchschnittstemperatur für das verdampfte Quecksilber von 2000° Kelvin. Diese Durchschnittstemperatur kann sich etwas ändern, abhängig von den verschiedenen die Entladung aufrechterhaltenden Bestandteilen, die verwendet werden, sowie auch abhängig von den Betriebsbedingungen für die Lampe, jedoch stellt die angegebene Zahl eine repräsentative Durchschnittstemperatur für das verdampfte Quecksilber dar. Da das Volumen der Umhüllung immer bekannt ist, kann die Quecksilbermenge leicht berechnet werden, die für die richtigen Betriebsbedingungen erforderlich ist. Während des Betriebs der Einrichtung können die anderen die Entladung aufrechterhaltenden Materialien mit dem Quecksilber in Wechselwirkung treten und dabei den tatsächlichen Betriebsdruck des Quecksilbers ändern, und zusätzlich kann der extreme Temperaturgradient vom Zentrum des Lichtbogens bis zur Umhüllungswand einen Effekt auf den tatsächlichen Druck innerhalb der arbeitenden Einrichtung haben. Aus diesem Grunde ist es genauer, die erforderliche Menge des Quecksilbers in der Form auszudrücken, als ob das Material das einzige die Entladung aufrechterhaltende Bestandteil wäre, da die Menge des in die Lichtbogenröhre eingegebenen Quecksilbers bekannt ist und der sich ergebende Druck, wie er aus der vorangegangenen Quecksilber-Dampftemperatur sich ergibt, leicht festgestellt werden kann.

Innerhalb der Lichtbogenröhre 12 ist auch ein Alkalimetallhalid 18 von Natriumiodid oder Sodiumbromid oder Lithiumiodid oder Lithiumbromid oder eine Mischung davon enthalten. Innerhalb der Lichtbogen-Röhrenumhüllung 12 ist als die Entladung aufrechterhaltende Substanz noch Scandiumhalid 20 von Scandium iodid oder Scandiumbromid oder irgendeine Mischung davon enthalten. Aus noch zu erläuternden Gründen liegt das molare Verhältnis des gesamten Alkalimetallhalids zum gesamten Scandiumhalid zwischen 1,7:1 und 5:1. Außerdem ist das gesamte Alkalimetallhalid plus dem Scandiumhalid in der Lichtbogen-Röhrenumhüllung in einer gesamten Menge von zumindest ungefähr 0,1 mg/mm Abstand zwischen den Lichtbogen-Röhrenelektroden 14

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vorhanden. Aus praktischen Gründen sollte die Gesamtmenge von Alkalimetallhalid plus Scandiumhalid vorzugsweise den Wert von ungefähr 1,5 mg/mm Abstand zwischen den Lichtbogen-Röhrenelektroden nicht überschreiten.

Um die Hitze innerhalb der Lichtbogen-Röhrenumhüllung 12 zu erhalten und diese zu schützen, ist eine strahlenübertragende abgedichtete äußere Umhüllung 22 im Abstand von der Lichtbogen-Röhrenumhüllung 12 um diese herum angeordnet, wobei der Abstand zwischen der Lichtbogen-Röhre 12 und der äußeren Umhüllung 22 evakuiert oder mit Gas gefüllt werden kann. Elektrische Einführungsleiter 24 sind durch sowohl die innere Lichtbogenröhre 12 als auch durch die äußere Umhüllung 22 hindurchgeführt und dienen als elektrische Verbindung zu den Betriebselektroden 14 mit einer herkömmlichen Leistungsquelle.

Eine Startelektrode 26 ist ebenfalls innerhalb der Lichtbogenröhre 12 angeordnet und über einen Startwiderstand 28 mit einem Ende des elektrischen Zuleitungsleiters 24 verbunden. Die Lichtbogenröhre 12 wird mittels eines herkömmlichen Stützrahmens 30 im Abstand zu der äußerem Umhüllung 22 gehalten, wobei der Rahmen von dielektrischen Büchsen 32 umgeben sein kann, die aus Quarzröhren gebildet sind und die Effekte der elektrischen Felder in der Lichtbogen-Röhrenwand verkleinert, die ansonsten einen Verlust von die Entladung aufrechterhaltenden Bestandteilen verursachen könnte. Die bandförmigen Leiter 34 dienen dazu, die hermetische Abdichtung der Zuführleiter durch die Enden der Lichtbogenröhre zu erleichtern. Die Zuführleiter werden durch die äußere Umhüllung 22 mit Hilfe eines herkömmlichen umgebördelten Röhren-Glasfußes 36 abgedichtet und mit einer Standard-Mogul-Basis 38 verbunden, um die elektrische Verbindung mit einer Leistungsquelle zu erleichtern. Als besonderes Beispiel ist die Lampe 10 in der Weise konstruiert, daß sie mit einem Leistungseingang von 400 Watt arbeitet. Verschiedene Konstruktionen können benutzt werden, um die Effekte des elektrischen Feldes auf die die

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Entladung aufrechterhaltenden Bestandteile innerhalb der Lichtbogenröhre möglichst klein zu machen, insbesondere gilt dies für die Natriumhaiide. Eine derartige Konstruktion ist in der US-Patentschrift 3 780 331 offenbart, eine andere derartige Konstruktion in der US-Patentschrift 3 424 935.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, die im folgenden betrachtet wird, ist die Lichtbogen-Röhrenumhüllung 12 aus Quarz geformt und besitzt einen inneren Durchmesser von 18 mm, wobei das Gesamtvolumen, das von der Lichtbogenröhre umschlossen wird, 13 cm beträgt. Der Abstand zwischen den Enden der Elektroden 14 beträgt 45 mm. Die Enden der Lichtbogenröhre 12 können bei Bedarf mit hitzekonservierenden Beschichtungen oder Kappen versehen sein. Vorzugsweise wird eine Bodenkappe verwendet, wenn die Lichtbogenröhre in einer vertikalen Stellung betrieben werden soll.

In der alternativen Ausführungsform 42, die in Fig. 2 dargestellt ist, besteht die Lichtbogen-Röhrenumhüllung 44 aus einem hochdicht gesinterten polykristallinen Tonerdekörper oder aus einem einkristalligen Tonerdeköper, auf den Tonerde-Endkappen 46 abdichtend aufgebracht sind. Die Elektroden 48 sind betriebsmäßig nahe den Umhüllungsenden angeordnet. An den Enden der Lichtbogenröhren 44 sind Entlüftungs- und Füllröhren 50 vorgesehen, die auch dazu dienen, die Elektroden 48 zu halten. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind innerhalb der Lichtbogenröhre 44 das Quecksilber 16, das Alkalimetallhalid 18 und auch das Scandiumhalid 20 in vorbestimmten Mengen angeordnet, wie es für die vorhergehende Ausführungsform beschrieben wurde, zusammen mit einer kleinen Menge eines inerten ionisierbaren Startgases. Um diese Ausführungsform als arbeitende Einrichtung zu vervollständigen, wird die Lichtbogenröhre 44 normalerweise innerhalb einer äußeren Umhüllung, wie sie auch in der Ausführungsform der Fig. 1 gezeigt ist, gehalten. Die allgemeine mechanische Konstruktion einer derartigen Einrichtung ist bekannt.

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In Fig. 3 ist der Effekt auf den Wirkungsgrad (Wirksamkeit) bei Veränderung des molaren Verhältnisses von Natriumiodid zu Scandiumiodid dargestellt, siehe Kurve "A". Unter Benutzung dieser Kurve besitzt die vorgenannte besondere Lampe (Fig. 1), die für einen Betrieb bei 400 Watt konstruiert ist, eine Quecksilberdosierung in der Lichtbogenröhre von 50 mg, was zu einem entsprechenden berechneten Quecksilber-Dampfdruck von 3,15 Atmosphären führt, wenn man zum Zwecke der Berechnung des Druckes von einer durchschnittlichen Quecksilber-Dampftemperatur von 2000° Kelvin ausgeht. Das Startgas ist Argon mit einem Druck von 25 Torr. Durch Veränderung des molaren Verhältnisses von Natriumiodid zu Scandiumiodid unter Beibehaltung der Gesamtdosierung von Natriumiodid plus Scandiumiodid von 20 mg ergibt sich, wie auf der Abszisse der Kurve der Fig. 3 zu erkennen ist, eine optimale Wirksamkeit von ungefähr 114 Lumen/Watt bei einem molaren Verhältnis von NaI zu ScI- von 2:1.

In Fig. 3 ist über der Wirksamkeitskurve "A" die Kurve der Lichtbogendiffusion über dem molaren Verhältnis von Natriumiodid zu Scandiumiodid dargestellt, siehe Kurve ¹¹B". Zur Erläuterung dieser Kurve "B" sei auf die rechte Ordinate dieser Figur Bezug genommen, wobei die Zahl 100 % auf der rechten Ordinate einen Lichtbogen repräsentiert, der so weit diffundiert ist, daß er im wesentlichen die Lichtbogenröhre ausfüllt, die bei dieser Ausführungsform einen inneren Durchmesser von 18 mm besitzt. Der Ordinatenwert von 75 % zeigt an, daß der Lichtbogen etwas eingeschnürt ist und lediglich 75 % der Querschnittsfläche der Lichtbogenröhre einzunehmen scheint. Der Ordinatenwert 50 % repräsentiert einen Lichtbogen, der nur 50 % des Querschnittsgebietes der Lichtbogenröhre einzunehmen scheint usw. Für festen Betrieb ist es wünschenswert, einen Lichtbogen zu erhalten, der ausreichend weit diffundiert ist, d. h., der im wesentlichen den gesamten Querschnitt der Lichtbogenröhre ausfüllt. Für Vergleichszwecke sei erwähnt, daß eine Standard-Hochdruck-Quecksilber-Lampe so erscheint, daß sie ungefähr 75 % der Querschnittsfläche der Lichtbogenröhre einnimmt.

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Mit Bezug auf Kurve "A" in Fig. 3 ist zu erkennen, daß die beste Wirksamkeit erhalten wurde, wenn das molare Verhältnis von Natriumiodid zu Scandiumiodid im Bereich von 1,5:1 bis 2,5:1 lag. Da ein stärker diffundierter Lichtbogen bei höheren molaren Verhältnissen erreicht wurde, ergibt sich jedoch eine günstigere Füllung bei einem molaren Verhältnis von Natriumiodid zu Scandiumiodid im Bereich von ungefähr 2:1 bis ungefähr 3:1, wobei ein optimales Beispiel ein molares Verhältnis von ungefähr 2,5:1 ist. Wenn das molare Verhältnis von Natriumiodid zu Scandiumiodid geringer als ungefähr 1,7:1 ist, fällt die Lichtbogendiffusion stark ab, mit dem Ergebnis, daß sich ein etwas eingeschnürter Lichtbogen ergibt. Aus diesem Grunde sollten molare Verhältnisse von weniger als 1,7:1 für Natriumiodid zu Scandiumiodid, obwohl sie eine verhältnismäßig wirkungsvolle Einrichtung liefern, vermieden werden. Am anderen Ende der Kurve "A", bei dem das molare Verhältnis von Natriumiodid zu Scandiumiodid 5:1 überschreitet, ist der Lichtbogen gut diffundiert, aber die Wirksamkeit ist deutlich abgefallen. Wenn das molare Verhältnis von Natriumiodid zu Scandiumiodid ungefähr 11,5:1 beträgt, was repräsentativ für den Stand der Technik ist, ist die Wirksamkeit der Lampe auf ungefähr 86 Lumen/Watt abgesunken. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird die optimale Wirksamkeit gegenüber diesem repräsentativen Stand der Technik um mehr als 32 % verbessert.

Die Quellenfarbe der Lampe verschiebt sich nur leicht bei Veränderung der molaren Verhältnisse von Natriumiodid zu Scandiumiodid, wie sie in der Lichtbogenröhre der arbeitenden Lampe vorhanden sind. In der folgenden Tabelle I sind die ICI-Farbkoordinaten für verschiedene Molarverhältnisse für die gleichen Lampen dargestellt, die benutzt wurden, um die Kurven der Fig. 3 zu erhalten.

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Tabelle I

Molare Verhältnisse NaI:ScI₃

(Totale Dosierung 20 mg) 1:1 2:1 3:1 5:1 10:1

F arbkoordinaten
χ = 0,341, Ϋ = O_f394 χ = 0,351, y = 0,401 χ = 0,358, y = 0,400 χ = 0,364, y = 0,393 χ = 0,348, y = 0,381

Die totale Dosierung des Natriumhalids plus Scandiumhalids hat einigen Effekt auf die Wirksamkeit, obwohl diese sich bei unterschiedlichen Lampenkonstruktionen etwas verändert. Für die in Fig. 1 dargestellte besondere Lampe, die einen Elektrodenabstand von 45 mm aufweist und so konstruiert ist, daß sie mit einem Eingang von 400 Watt arbeitet, sollte die totale Dosierung des Natriumiodids plus Scandiumiodid zumindest ungefähr 0,1 mg/mm Abstand zwischen den Lampenelektroden betragen, und aus praktischen Gründen sollte die Dosierung einen Wert von ungefähr 1,5 mg/mm Elektrodenabstand nicht überschreiten. Wenn beispielsweise eine übermäßige Beladung oder Dosierung von Metalliden verwendet wird, kann das geschmolzene Halid einiges der erzeugten Strahlung absorbieren. Für diese besondere Lampe beträgt die vorzugsweise Beladung oder Dosierung mit den angegebenen Haliden ungefähr 0,3 bis 0,5 mg/mm des Elektrodenabstandes, um beste Wirksamkeit zu erhalten. Ein vorzugsweises Beispiel für die Dosierung ist 0,45 mg/mm Elektrodenabstand. Zwar sind vorzugsweise Halide die Iodide, doch können äquivalente Mengen von Bromiden einen Teil oder die gesamten Iodide ersetzen.

Der Farbgebungsindex (gemessen durch die C.I.E.-Methode) der erfindungsgemäßen Lampen ist ebenfalls gegenüber dem Farbgebungsindex ähnlicher Lampen verbessert, die ein verhältnismäßig

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hohes Molarverhältnis von Natriumhalid zu Scandiumhalid verwenden. Beispielsweise beträgt für eine Lampe mit dem Molarverhältnis von Natriumhalid zu Scandiumhalid von 11,5:1 die gemessene Wirksamkeit 88 Lumen/Watt mit einem Farbgebungsindex von 56. Bei einer identischen Lampe, bei der das Molarverhältnis von Natriumhalid zu Scandiumhalid 2,5:1 betrug, ergab sich eine Wirksamkeit von 118 Lumen/Watt und ein Farbgebungsindex von 69. Diese Verbesserung im Farbgebungsindex ist leicht erklärlich durch die spektrale Energiedichte-Verteilung für die beschriebenen Lampen. Im Falle der Lampe, die bei einer Wirksamkeit von 118 Lumen/Watt arbeitete, bestand der Ausgang aus einer Serie von Emissionsspitzen, die relativ gleichförmig über das sichtbare Spektrum verteilt sind. Im Falle der Lampe, die bei einer Wirksamkeit von 88 Lumen/Watt arbeitete, ergab sich eine starke maximale Emissionsspitze bei ungefähr 590 nm und andere Emissionsspitzen besaßen höchstens 40 % der Intensität dieser maximalen Emissionsspitze.

Die offensichtliche Erklärung für die verbesserte Wirksamkeit, die man erhält, wenn verhältnismäßig niedrige molare Verhältnisse zwischen dem spezifizierten Natriumhalid und dem spezifizierten Scandiumhalid verwendet, scheintdaran zu liegen, daß Natriumhaiide und Scandiumhalide ein komplexes Molekül bilden. Im Falle der Iodide besitzt das Molekül die allgemeine Formel NaI · ScI_n,. Der Dampfdruck dieses komplexen Moleküls ist viel größer als der Dampfdruck von entweder Natriumiodid oder Scandiumtriiodid, so daß mehr von den die Entladung aufrechterhaltenden Bestandteilen verdampft werden, mit der gleichzeitigen Verbesserung der Wirksamkeit. Bei durchgeführten Testen bei einer Temperatur von 636° C betrug der gemessene Dampfdruck des komplexen Moleküls NaScI- das Zehnfache, als er für den Dampfdruck von ScI₃ gemessen wurde, und das Fünzigfache des Dampfdruckes von NaI. Obwohl dieses komplexe Molekül einen extrem hohen Dampfdruck zeigt, ist es für besten Betrieb der Lampe notwendig, einen gewissen Überschuß von Natriumhalid (vorzugsweise das Iodid) zu haben, um den relativ diffundierten Lichtbogen zu erhalten.

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In den vorstehend beschriebenen besonderen Beispielen wurde Natriumiodid und Scandiumiodid betrachtet. Jedoch kann auch Lithium ein Teil des Natriums oder das gesamte Natrium ersetzen. Als besonderes Beispiel sei eine Dosierung von 10 mg Natriumiodid und Scandiumiodid plus 10 mg Lithiumiodid und Scandiumiodid bei molaren Verhältnissen von 2:1 genannt. Die damit gefüllte Lampe gemäß Fig. 1 wurde mit 220 Watt betrieben, um eine Wirksamkeit von 98 Lumen/Watt zu erhalten. Die Entladung war breit und stabil mit Farbkoordinaten von ic = 0,331 und y = 0,389. Eine derartige Lampe mit einer relativ niedrigen Leistung, die mit guter Wirksamkeit arbeitet, bietet viele Anwendungsmöglichkeiten in Fällen, bei denen niedrige Leistungspegel verwendet werden, um mit dem gegenwärtigen Energieproblem fertigzuwerden. Eine andere ähnliche Lampe, bei der die Dosierung oder Beladung von Lithiumiodid-Scandiumiodid 10 mg betrug, plus 5 mg Natriumiodid-Scaidiumiodid, zeigte eine Wirksamkeit von 96 Lumen/Watt, wenn sie mit einem Leistungseingang von 300 Watt betrieben wurde. Eine noch andere Lampe, die mit 5 mg Natriumiodid-Scandiumiodid, 10 mg Lithiumiodid und Scandiumiodid und 7 mg Natriumiodid dosiert war, arbeitete mit einer Wirksamkeit von 105 Lumen/Watt bei einem Leistungseingang von 275 Watt.

Als allgemeine Regel kann gesagt werden, daß Lithiumiodid-Scandiumiodid-Kombinationen dazu neigen, den Lichtbogen etwas einzuschnüren, verglichen mit Natrium-Scandiumiodiden, wenn die Lampen bei verhältnismäßig niedrigen Leistungseingängen betrieben werden. Bei vermindertem leistungseingang arbeitet die Lampe mit Lithiumiodid jedoch verhältnismäßig gut mit einem ausgezeichneten Ausgang im roten Bereich des sichtbaren Spektrums. Eine Lampe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, zeigte, wenn sie mit 20 mg Lithiumiodid plus Scandiumiodid (Molarverhältnis 2:1) dosiert war, eine Wirksamkeit von 90 Lumen/Watt bei einem Leistungseingang von 275 Watt. Die Lichtabgabe im roten Bereich war sehr gut und die Quellenfarbe der Lampe betrug χ = 0,343 und y = 0,420. Anstelle eines Teils oder der Gesamtheit der Iodide bei den vorangegangenen

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- 13 Beispielen können auch Lithiumbromide verwendet werden.·

Bei einer anderen alternativen Ausführungsform kann eine relativ kleine Menge von Cesiumiodid zu der die Entladung aufrechterhaltenden Füllung hinzugefügt werden, um den Lichtbogen zu verbreitern und ihn zu veranlassen, mehr zu diffundieren. Als besonderes Beispiel kann die Lampe, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, mit 10 mg Natriumiodid-Scandiumiodid mit molarem Verhältnis von 2:1, 5 mg Lithiumiodid-Scandiumiodid mit molarem Verhältnis 2:1 und 2 mg Cesiumiodid-Scandiumiodid mit molarem Verhältnis von 2:1 dosiert werden. Die sich ergebende Lampe zeigt, wenn sie mit einem Leistungseingang von 300 Watt betrieben wird, eine Wirksamkeit, von ungefähr 103 Lumen/Watt und eine Farbe von χ = 0,347 und y = 0,406. Kleine Mengen anderer die Entladung aufrechterhaltender Additive können mit den gegenwärtigen Alkalimetallhalid-Scandiumhalid-Mischungen verwendet werden, Beispiele sind Thoriumbromide oder -Iodide oder Mischungen davon, Thalliumbromide oder -Iodide oder Mischungen davon, oder Indiumbromide oder -Iodide oder Mischungen davon. Diese anderen Additive modifizieren die Entladung etwas hinsichtlich der Wirksamkeit der Quellenfarbe und der Farbwiedergabe. Als besonderes Beispiel sei erwähnt, daß 2 mg von einem der vorangegangenen anderen Additive zur Ergänzung der 20 mg-Füllung von gemischtem Natriumiodid-Scandiumiodid, wie sie im Vorangegangenen beschrieben wurde, benutzt werden können. Kleine Mengen anderer Additive können ebenfalls zur Ergänzung der die Entladung aufrechterhaltenden Füllung benutzt werden. Z. B. kann die Lampe, wie sie in Fig. 1 gezeigt und im vorhergehenden beschrieben wurde, 2 mg von entweder Cerium-, Praesodymium- oder Neodymium-Iodiden oder -Bromiden oder gemischte Iodide-Bromide oder auch andere lanthanide seltene Erdiodide oder -Bromide oder gemischte Iodide-Bromide zu der die Entladung aufrechterhaltenden Füllung hinzugefügt werden.

■ Patentansprüche i

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Claims

- 14 P a t e η t a η s' ρ r ii c h e ;

1. J Lichtbogen-Entladungseinrichtung, bestehend aus einer

abgedichteten, länglichen, lichtdurchlässigen Lichtbogen-Röhrenumhüllung, die ein vorbestimmtes Volumen umschließt, aus elektrischen Zuführleitungen, die durch die Umhüllung abdichtend hindurchgeführt und mit Elektroden elektrisch verbunden sind, die nahe den Enden der Umhüllung betriebsmäßig angeordnet sind und voneinander einen vorbestimmten Abstand innerhalb der Umhüllung besitzen, mit einer von der Umhüllung eingeschlossenen, die Entladung aufrechterhaltenden Füllung, deren wesentlicher Bestandteil Quecksilber in vorbestimmter Menge ist, die erforderlich ist, um einen Quecksilber-Dampfdruck in der Umhüllung zu erzeugen, der zwischen 1 und 10 Atmosphären liegt, berechnet auf der Grundlage, daß das Quecksilber voll verdampft ist und das einzige die Entladung aufrechterhaltende Bestandteil ist und die durchschnittliche Quecksilber-Dampf temperatur 2000 Kelvin beträgt, gekennzeichnet durch eine kleine Menge eines inerten ionisierbaren Startgases, durch zumindest ein Alkalimetallhalid von Natriumiodid, Natriumbromid, Lithiumiodid und Lithiumbromid; zumindest ein Scandiumhalid von Scandiumiodid und Scandiumbromid, wobei das molare Verhältnis von dem Alkalimetallhalid zu dem Scandiumhalid zwischen 1,7:1 und 5:1 liegt; und daß das Alkalimetallhalid plus Scandiumhalid in der Lichtbogen-Röhrenumhüllung in einer Gesamtmenge von zumindest 0,1 mg/mm Abstand zwischen den Elektroden vorhanden ist.

2. Lichtbogen-Entladungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogen-Röhrenumhüllung innerhalb einer zusätzlichen lichtdurchlässigen Umhüllung angeordnet ist.

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3. Lichtbogen-Entladungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Natriumiodid und Scandiumiodid benutzt werden, wobei das Natriumiodid plus Scandiumiodid in der Lichtbogen-Röhrenumhüllung in einer Gesamtmenge von 0,1 bis 1,5 mg/mm Abstand zwischen den Elektroden vorhanden ist.

4. Lichtbogen-Entladungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis von Natriumiodid zu Scandiumiodid zwischen 2:1 und 3:1 liegt.

5. Lichtbogen-Entladungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis von Natriumiodid zu Scandiumiodid ungefähr 2,5:1 beträgt.

6. Lichtbogen-Entladungseinrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Natriumiodid plus Scandiumiodid in der Lichtbogen-Röhrenumhüllung in einer Menge von 0,3 bis ungefähr 0,5 mg/mm Abstand zwischen den Elektroden vorhanden ist.

7. Lichtbogen-Entladungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Natriumiodids plus Scandiumiodid ungefähr 0,45 mg/mm Abstand zwischen den Elektroden beträgt.

8. Lichtbogen-Entladungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Lichtbogen-Entladung aufrechterhaltende Füllung ergänzt wird durch kleine zusätzliche Mengen von Bromiden oder lodiden oder Mischungen von Bromiden oder Iodiden von zumindest einem der folgenden Stoffe: Cesium, Thallium, Thorium, Indium und ein seltenes Erdmetall aus der Lanthanidenserie.

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